Heat sink memindahkan panas menjauh dari komponen elektronik dan ke udara, menjaganya tetap dalam batas suhu yang aman. Kinerjanya tergantung pada gaya pendinginan, bahan, bentuk sirip, metode pembuatan, dan pemasangan. Artikel ini menjelaskan jenis heat sink, penyebar lanjutan, opsi PCB, dan metode pemasangan, serta memberikan informasi yang jelas tentang setiap topik.
Ikhtisar Heat Sink
Heat sink dapat dikelompokkan dalam beberapa cara berdasarkan struktur, metode pendinginan, bahan, dan lokasi pemasangannya. Memahami kelompok-kelompok ini memudahkan untuk memilih heat sink yang memenuhi kebutuhan pendinginan sirkuit atau sistem.
Metode klasifikasi standar meliputi:
• Metode pendinginan - pasif atau aktif
• Proses manufaktur - diekstrusi, dicap, diluncurkan, dll.
• Geometri sirip - lurus, pin, melebar
• Peningkatan transportasi panas - pipa panas, ruang uap
• Tingkat integrasi - Dipasang di PCB atau tingkat sasis
Pendinginan Pasif dan Aktif untuk Heat Sink
| Tipe | Metode Pendinginan | Keuntungan Utama | Batasan Utama |
|---|---|---|---|
| Pasif | Konveksi alami (tanpa kipas) | Pengoperasian yang tenang dan struktur sederhana | Membutuhkan lebih banyak ruang atau luas permukaan untuk mendinginkan dengan baik |
| Aktif | Udara paksa dengan kipas angin | Dapat menghilangkan lebih banyak panas dalam ukuran yang lebih kecil | Menambahkan kebisingan, menggunakan daya, dan kipas dapat gagal atau menyumbat |
• Heat sink pasif mengandalkan aliran udara alami, sehingga tenang dan sederhana tetapi membutuhkan ukuran yang lebih besar atau lebih banyak sirip untuk menghilangkan jumlah panas yang sama.
• Heat sink aktif menggunakan kipas untuk mendorong udara melintasi sirip, sehingga dapat menangani panas yang lebih tinggi di ruang yang lebih kecil, tetapi menciptakan kebisingan dan bergantung pada kipas yang tetap bersih dan bekerja dengan benar.
Bahan Heat Sink Umum
| Bahan | Tingkat Konduktivitas Termal |
|---|---|
| Aluminium | Sedang (~205 W/m·K) |
| Tembaga | Tinggi (~400 W/m·K) |
| Hibrida | Aluminium dan tembaga dicampur |
• Aluminium memiliki konduktivitas termal sedang dan bobot rendah, sehingga digunakan untuk heat sink standar di banyak produk elektronik.
• Tembaga memiliki konduktivitas termal yang lebih tinggi dan menyebarkan panas lebih cepat, tetapi lebih berat dan harganya lebih mahal daripada aluminium.
• Heat sink hibrida menggunakan tembaga dan aluminium dalam satu struktur untuk meningkatkan penyebaran panas di titik-titik kritis sambil menjaga berat dan biaya keseluruhan tetap terkendali.
Bentuk Sirip Heat Sink dan Pencocokan Aliran Udara
Bentuk dan arah sirip sangat mempengaruhi bagaimana udara bergerak melalui heat sink dan seberapa baik udara menghilangkan panas. Geometri sirip yang berbeda bekerja lebih baik dengan pola aliran udara tertentu, seperti aliran udara dari kipas atau aliran udara alami. Memilih jenis sirip yang sesuai membantu menjaga aliran udara tetap lancar dan meningkatkan kinerja pendinginan secara keseluruhan.
| Geometri | Kesesuaian Aliran Udara |
|---|---|
| Sirip lurus | Terbaik dengan aliran udara dalam satu arah utama |
| Sirip pin | Bekerja dengan baik dengan udara yang datang dari berbagai arah |
| Sirip berkobar | Membantu mengurangi hambatan aliran udara dan tekanan balik |
Metode Pembuatan Heat Sink dan Jenis Struktural
Heat Sink Aluminium Ekstrusi
Heat sink yang diekstrusi dibuat dengan memaksa aluminium yang dipanaskan melalui cetakan berbentuk untuk membentuk potongan bersirip panjang. Profil kemudian dapat dipotong dengan panjang yang dibutuhkan. Metode ini, Klasifikasi Heat Sink: Jenis, Bahan, dan Metode Manufaktur, digunakan karena mendukung banyak bentuk standar dan menjaga biaya produksi tetap dapat dikelola untuk tingkat daya kecil hingga menengah.
• Konstruksi satu bagian dengan sirip dan alas dibentuk bersama
• Kekuatan mekanik yang baik untuk pemasangan dan penanganan
• Sangat cocok untuk aplikasi daya rendah hingga sedang
• Kemampuan terbatas untuk membuat sirip rapuh atau bentuk yang sangat kompleks
Heat Sink Logam Stamped
Heat sink yang dicap terbuat dari lembaran logam tipis yang dipotong dan dibentuk menggunakan alat stamping. Sirip dan alas terbentuk dari satu lembaran, menjaga strukturnya tetap ringan dan kompak. Jenis heat sink ini sering digunakan di mana ruang terbatas dan hanya sedikit panas yang perlu dihilangkan.
• Dibentuk dari lembaran logam tipis menggunakan alat stamping
• Konstruksi ringan dengan biaya material yang relatif rendah
• Cocok untuk produksi volume tinggi heat sink kompak
• Memberikan lebih sedikit luas permukaan dan kinerja pendinginan yang lebih rendah daripada jenis sirip yang lebih tebal
Heat Sink Logam Die-Cast
Heat sink die-cast dibuat dengan memaksa logam cair ke dalam cetakan, di mana ia mendingin dan mengeras menjadi bentuk akhir. Proses ini dapat membuat pola sirip yang terperinci dan fitur pemasangan atau penyelarasan bawaan dalam satu bagian. Ini sering digunakan ketika bentuk tertentu diperlukan dan ketika heat sink harus pas dengan bagian mekanis lainnya.
• Menggunakan logam cair yang disuntikkan ke dalam cetakan untuk membentuk heat sink
• Mendukung tata letak sirip yang kompleks dan fitur mekanis bawaan
• Sangat cocok untuk desain di mana heat sink adalah bagian dari penutup atau rumah
• Membutuhkan biaya perkakas yang lebih tinggi, sehingga paling praktis untuk volume produksi sedang hingga tinggi
Struktur Heat Sink Sirip Berikat
Heat sink sirip berikat dibuat dengan memasang sirip terpisah ke alas padat menggunakan solder, mematri, atau metode ikatan lainnya. Pendekatan ini memungkinkan lebih banyak sirip dikemas ke dalam jejak yang sama, yang meningkatkan total luas permukaan untuk perpindahan panas dibandingkan dengan banyak profil ekstrusi standar. Desain sirip berikat sering dipilih ketika kinerja pendinginan yang lebih tinggi diperlukan dalam ruang terbatas.
• Mendukung kepadatan sirip yang lebih tinggi daripada heat sink ekstrusi biasa
• Jarak, tinggi, dan ketebalan sirip dapat disesuaikan dengan aliran udara dan tingkat daya
• Sambungan ikatan menambahkan sedikit ketahanan termal dibandingkan dengan sirip satu bagian
Desain Heat Sink Sirip Skiveds
Heat sink sirip terbuat dari balok logam padat dengan mencukur lapisan tipis material dan menekuknya untuk membentuk sirip. Karena sirip terbentuk dari potongan logam yang sama dengan alasnya, tidak ada sambungan terpisah di antara mereka. Metode ini memungkinkan banyak sirip tipis untuk masuk ke area kecil, meningkatkan total luas permukaan perpindahan panas dan memungkinkan pendinginan yang kuat di ruang sempit.
• Sirip dipotong dan ditekuk dari satu balok logam padat
• Menyediakan luas permukaan sirip yang besar dalam jejak yang ringkas
• Bekerja dengan baik di mana ruang terbatas tetapi kebutuhan menghilangkan panas lebih tinggi
Struktur Heat Sink Tempa Dingin
Heat sink tempa dingin dibuat dengan menekan logam ke dalam cetakan berbentuk di bawah tekanan tinggi pada suhu kamar atau sedikit di atasnya. Proses ini membentuk alas dan menyatu menjadi satu bagian padat, membantu menjaga struktur tetap kuat dan meningkatkan perpindahan panas antara alas dan sirip. Penempaan dingin bekerja dengan baik untuk bentuk yang ringkas, termasuk tata letak sirip pin atau radial padat yang membutuhkan pendinginan yang baik di ruang kecil.
• Membentuk heat sink dengan menekan logam menjadi bentuk pada tekanan tinggi
• Konstruksi satu bagian memberikan kekuatan tinggi dan kontak termal yang baik
• Sangat cocok untuk tata letak yang ringkas dan berdaya tinggi seperti desain pin-fin atau radial
• Membutuhkan perkakas yang kompleks dan paling ekonomis untuk volume produksi yang besar
Pipa Panas dan Heat Sink Ruang Uap
Struktur Heat Sink Pipa Panas
Heat sink pipa panas menggabungkan alas logam dan sirip dengan satu atau lebih tabung tertutup yang berisi sedikit cairan kerja. Saat alas dipanaskan, cairan di ujung panas menyerap panas dan menguap. Uap bergerak di sepanjang tabung ke daerah sirip yang lebih dingin, di mana ia mengembun kembali menjadi cairan dan melepaskan panas ke sirip. Sumbu atau struktur serupa di dalam tabung mengembalikan cairan ke ujung panas, sehingga siklus berulang dan dengan cepat memindahkan panas dari hotspot.
• Gunakan pipa tertutup dengan cairan kerja untuk memindahkan panas dari pangkal ke area sirip
• Membantu mengontrol hotspot dengan menyebarkan panas ke permukaan yang lebih besar
• Biarkan sirip ditempatkan pada jarak tertentu dari sumber panas sambil tetap mendinginkannya secara efektif
• Bergantung pada penguapan dan kondensasi terus menerus di dalam pipa untuk transportasi panas yang efisien
Desain Heat Sink Ruang Uap
Heat sink ruang uap menggunakan pelat datar dan tertutup dengan sedikit cairan di dalamnya. Panas membuat cairan menguap, menyebar sebagai uap, dan kemudian mengembun di area yang lebih dingin. Ini dengan cepat menyebarkan panas ke seluruh pangkal sebelum mencapai sirip.
• Ruang datar menyebarkan panas ke alas yang luas
• Membantu menjaga suhu dasar lebih seragam
• Mengurangi titik panas dan meningkatkan efektivitas sirip
PCB Heat Sink dan Fitur Papan
• Heat sink clip-on terpasang ke TO-220 dan paket serupa untuk menarik panas dari perangkat.
• Heat sink SMD kecil dipasang di atas bagian pemasangan permukaan untuk meningkatkan pendinginan lokal pada papan yang ramai.
• Vias termal dan area tembaga yang luas pada PCB membantu menyebarkan panas dari bagian tersebut ke lapisan papan.
• Metode ini sangat membantu ketika tidak ada heat sink sasis di dekatnya, dan komponen harus didinginkan saat tetap berada di papan.
Metode Pemasangan Heat Sink Umum
| Jenis Lampiran | Penggunaan Khas | Keuntungan Utama | Batasan Utama |
|---|---|---|---|
| Pita termal | Beban ringan | Mudah dipasang | Performa termal yang lebih rendah |
| Perekat termal | Pertemuan permanen | Ikatan yang kuat dan tahan lama | Sulit dihapus atau disesuaikan |
| Klip | Paket berdaya sedang | Dapat digunakan kembali dan bebas alat | Perlu fitur pencocokan pada suku cadang |
| Pin dorong | Heat sink yang dipasang di PCB | Cepat menginstal | Membutuhkan lubang di papan sirkuit |
| Sekrup | Heat sink besar atau berat | Retensi yang kuat | Membutuhkan lebih banyak waktu untuk merakit dan mengencangkan |
Kesimpulan
Heat sink mungkin terlihat sederhana, tetapi kemampuan pendinginannya berasal dari banyak pilihan terkait. Metode pendinginan, bahan, geometri sirip, dan metode pembuatan menetapkan kinerja dasar, ukuran, dan biaya. Fitur tambahan seperti pipa panas, ruang uap, area tembaga PCB, dan pemasangan yang kokoh meningkatkan aliran panas saat ruang atau daya sempit. Bersama-sama, faktor-faktor ini membantu menjaga sirkuit dalam batas suhu yang aman dan mendukung kinerja termal yang andal dan stabil dari waktu ke waktu.
Pertanyaan yang Sering Diajukan [FAQ]
Pertanyaan 1. Apa itu ketahanan termal heat sink?
Resistansi termal heat sink adalah kenaikan suhu dalam °C untuk setiap watt daya (°C/W). Nilai yang lebih rendah berarti pendinginan yang lebih baik.
Pertanyaan 2. Bagaimana suhu sekitar mempengaruhi heat sink?
Suhu lingkungan yang lebih tinggi membuat heat sink dan perangkat bekerja lebih panas. Untuk menjaga suhu perangkat tetap sama, diperlukan lebih banyak aliran udara atau heat sink yang lebih baik.
Pertanyaan 3. Apakah warna heat sink memengaruhi pendinginan?
Warna memiliki sedikit efek pada pendinginan. Area sirip, aliran udara, dan pilihan material jauh lebih penting.
Pertanyaan 4. Apa itu bahan antarmuka termal (TIM)?
TIM adalah lapisan tipis konduktif termal antara perangkat dan heat sink yang mengisi celah kecil dan meningkatkan aliran panas.
Pertanyaan 5. Mengapa orientasi heat sink penting dalam pendinginan pasif?
Dalam pendinginan pasif, udara hangat naik. Sirip vertikal dengan jalur ke atas yang jelas memungkinkan udara mengalir lebih mudah dan meningkatkan pendinginan.
Pertanyaan 6. Bagaimana Anda menjaga heat sink bekerja dengan baik dari waktu ke waktu?
Bersihkan debu dari sirip dan kipas, dan pastikan klip, pin, atau sekrup tetap kencang sehingga kontak dan aliran udara tetap baik.
