5 Cara Memilih Heat Sink yang Tepat

 

Setiap orang yang pernah bekerja dengan komponen elektronik tahu bahwa, secara umum panas adalah musuh kinerja. Dalam hal elektronik, panas yang berlebihan dapat mencegah komponen beroperasi pada tingkat optimal atau dapat menyebabkan kerusakan permanen pada komponen dan bagian sekitarnya yang dapat menyebabkan kegagalan.

Salah satu metode yang terbukti benar untuk mengelola dan menetralkan panas yang dihasilkan dari komponen modern adalah penggunaan heat sink penukar panas aluminium multi-sirip (biasanya) yang membantu menghilangkan energi panas secara lebih efektif. 

Pada artikel ini, kita akan memberikan cara memilih heat sink dan melihat beberapa faktor desain, material, dan aplikasi yang mendorong desain heat sink modern.

Hukum Fourier tentang Konduksi Panas

Pada tingkat dasar, ide heat sink cukup sederhana karena dengan memasang heat sink ke komponen yang menghasilkan energi panas dalam jumlah besar akan secara efektif meningkatkan luas permukaan komponen tersebut. 

Komponen tersebut, yang bersuhu lebih tinggi, kemudian akan mentransfer energi panas ke lingkungan yang bertemperatur lebih rendah (biasanya, udara meskipun dalam beberapa kasus bisa berupa air atau minyak khusus). 

Konsep ini diatur oleh rumus sederhana, yang dikenal sebagai Hukum Fourier tentang Konduksi Panas yang ditulis sebagai berikut:

Dalam rumus ini, q k adalah laju perpindahan panas dan sebanding dengan produk gradien suhu dan luas penampang tempat panas dipindahkan. 

Sederhananya semakin besar perbedaan suhu antara objek (dalam aplikasi kita, komponen penghasil panas) dan lingkungan sekitarnya (udara atau bahan lain di sekitar unit pendingin) dan semakin besar unit pendingin, semakin cepat panas akan dinetralisir.

1. Desain Wastafel Panas 

Bahan yang paling umum digunakan dalam heat sink adalah aluminium. Ini karena aluminium menawarkan sifat konduktivitas termal yang baik. 

Selain itu, jenis heatsink aluminium yang paling umum adalah manufaktur melalui ekstrusi proses memaksa aluminium mengalir melalui cetakan berbentuk. 

Ini biasanya merupakan proses manufaktur berbiaya rendah dan menawarkan kualitas kinerja yang sesuai untuk sebagian besar aplikasi. Tetapi perlu dicatat bahwa metode ekstrusi pembuatan heatsink memang memiliki batasan, terutama dalam hal ukuran. 

Sebagian besar disebabkan oleh fakta bahwa ada batasan lebar ekstrusi. 

Ketika heat sink besar diperlukan, katakanlah untuk turbin di pembangkit listrik, mereka biasanya diproduksi melalui ikatan (beberapa komponen dibangun sepotong demi sepotong dan dihubungkan bersama).

2. Pendingin Tembaga

Bahan populer lainnya untuk heat sink adalah tembaga. Tembaga memiliki kemampuan konduktivitas termal yang luar biasa (sekitar 400 W/m•K untuk tembaga murni, yaitu sekitar dua kali lipat dari aluminium) ini juga tahan korosi. 

Pada sisi negatifnya, ini jauh lebih padat daripada aluminium, dan karenanya lebih berat, yang menjadikannya pilihan yang buruk untuk aplikasi yang sensitif terhadap berat. Ini juga jauh lebih mahal daripada aluminium.

3. Perlawanan Panas Wastafel Panas

Memilih bahan untuk heat sink Anda sangat bergantung pada satu faktor - ketahanan termal. Resistansi termal adalah kemampuan panas untuk mengalir dari komponen Anda dan ke sekelilingnya. Anda perlu mempertimbangkan resistensi di seluruh desain. 

Misalnya hambatan dari komponen terhadap kemasannya, kemasan terhadap bahan perekat, bahan perekat terhadap heat sink, dan heat sink terhadap udara. 

Ketika semua angka ini ditambahkan, itu akan memberi ketahanan termal keseluruhan dan membantu memahami bahan apa yang harus Anda pilih dan seberapa besar heat sink seharusnya. 

Anda dapat mengurangi ketahanan termal dengan banyak cara mengganti bahan, menambah atau mengubah desain sirip, menggunakan pasta termal yang dirancang untuk perpindahan panas, bukan sesuatu seperti selotip dua sisi, dll.

4. Heat Sink Aktif vs Heat Sink Pasif

Pertimbangan desain lainnya adalah apakah Anda ingin menggunakan heat sink aktif atau pasif. Sebuah heat sink pasif hanya bergantung pada pembuangan panas radiasi dan setiap gerakan udara yang terjadi secara alami untuk menghilangkan energi panas. 

Heat sink aktif menggunakan komponen tambahan seperti kipas atau pompa untuk secara aktif menghilangkan energi panas dan menggantikannya. Tidak mengherankan, heat sink aktif akan lebih efektif daripada heat sink pasif dengan karakteristik fisik yang serupa.

Akhirnya, ada desain fisik dari heat sink itu sendiri. Jumlah opsi untuk sirip tampaknya tidak terbatas, dengan pilihan umum sirip pin, lurus, dan melebar yang dapat dikonfigurasi dalam pola dan susunan tanpa akhir. 

Kinerja sirip ini bergantung pada banyak faktor, dan meskipun umumnya dianggap bahwa peningkatan luas permukaan mengarah pada peningkatan kinerja, itu tidak selalu terjadi dan dapat bergantung pada banyak faktor tambahan seperti ketahanan termal keseluruhan dan cara udara atau cairan mengalir melalui sirip.

5. Pendingin LED

Sampai saat ini, aplikasi yang paling umum untuk heat sink adalah dalam pengelolaan panas yang dihasilkan dari CPU . Buka komputer apapun dan mungkin akan melihat sejumlah unit pendingin, kipas, dan perangkat atau sistem lain yang dirancang untuk membantu komputer tetap berjalan secara efisien dan pada suhu yang mendekati optimal. 

Bahkan Raspberry Pi yang populer berkinerja lebih baik saat menggunakan heat sink. Tetapi ketika elektronik berkinerja tinggi memasuki pasar, aplikasi heat sink tambahan muncul. 

Salah satu area di mana heat sink terlihat digunakan secara luas adalah dalam solusi pencahayaan modern. 

LED telah ada selama bertahun-tahun, tetapi kemajuan dalam solusi LED telah secara signifikan mengubah jumlah energi panas yang dihasilkan komponen ini. 

Di mana LED dulunya sebagian besar digunakan untuk lampu indikator dan aplikasi berdaya rendah, kini LED digunakan untuk segala hal mulai dari penerangan rumah hingga lampu depan otomotif dan bahkan lampu stadion instalasi besar yang menghasilkan energi panas dalam jumlah besar.

Seperti komponen elektronik lainnya, panas adalah berita buruk bagi LED. Faktanya, panas yang berlebihan dapat merusaknya, menyebabkan keluaran cahaya yang lebih rendah, perubahan warna, dan penurunan harapan hidup yang besar. 

Untuk mengatasi masalah ini, insinyur desain LED menggunakan heat sink untuk mentransfer energi panas dengan lebih baik dan menjaga kinerja LED pada tingkat yang optimal.

Sektor pertumbuhan lain untuk heat sink didorong oleh Internet of Things, Machine Learning, dan Artificial Intelligence. Segmen teknologi yang berkembang ini telah memicu peningkatan besar-besaran dalam pembuatan data, serta analisis yang sesuai dari titik-titik data tersebut. 

Data besar, seperti yang sering disebut, membutuhkan prosesor yang kuat untuk membedah informasi dan GPU yang kuat untuk memvisualisasikan sejumlah besar informasi yang direkam. Sistem yang kuat ini menghasilkan banyak panas yang pada gilirannya, perlu dikelola dan heat sink adalah jawabannya.