PENDINGINAN PADA KOMPONEN ELEKTRONIK

Era teknologi yang serba digital dan berkembang sangat sangat cepat saat ini tidak dapat terlepas dari peran hardware-hardware elektronik seperti komputer yang menjadi sangat pesat perkembanganya seiring dengan berkembangnya teknologi semikonduktor yang makin “padat” dan makin kecil. Meskipun teknologi ini cukup berkembang pesat, namun ada beberapa tantangan yang dihadapi dalam pengembangan teknologi ini, antara lain pembuangan kalor yang berlebih saat operasional dan distribusi panas yang tidak merata pada sistem. Daya disipasi dari mikrochip pada tahun 2020 ini diproyeksikan mencapai maksimum 360 Watt. Namun, industri elektronik saat ini masih kesulitan untuk menghilangkan kalor diatas 300 Watt/cm2 sehingga mempertahankan suhu dibawah 85C. Jika terjadi overheat, maka peralatan tersebut akan mengalami mal fungsi atau bahkan rusak, seperti misalkan blue screen atau komputer mati secara tiba-tiba dapat diakibatkan oleh overheating ini.

Sistem pendinginan secara konvensional umumnya gagal untuk melakukan pendinginan yang tinggi seperti dijelaskan di atas, sehingga dibutuhkan mekanisme yang lebih inovatif dan high-performance. Teknologi pendinginan seperti phase-change cooling (liquid) dan microchannel-based forced convection merupakan contoh teknologi yang berpotensi untuk keperluan ini. Disisi lain, untuk kondisi yang ekstrim, bahkan fluida-fluida biasa tersebut tidak memiliki cukup karakteristik termal dan fluida seperti nano-fluid terkadang diperlukan.  Fluida ini memiliki konduktivitas termal yang relatif tinggi dan cukup konvektif.

METODE PENGIDINAN

Meskipun progress dalam teknologi elektronika cukup cepat, namun heat-removal pada sitem elektronik dengan teknologi terkini masih kurang dan menjadi tantangan desain tersendiri. Berikut adalah beberapa metode pendinginan yang biasa digunakan pada industri elektronik. Berdasarkan efektivitas heat transfernya, sistem pendinginan dibagi menjadi beberapa kategori sebagai berikut:

  • Konveksi natural
  • Konveksi paksa dengan udara
  • konveksi paksa dengan liquid
  • Evaporasi liquid

Berdasarkan heat flux removal rate nya, performa tertinggi ditunjukkan oleh liquid evaporation, disusul oleh konveksi paksa liquid dan kemudian udara. Namun pendinginan udara masih banyak digunakan pada CPU secara umum karena beberapa pertimbangan seperti biaya dan keamananya jika terjadi kebocoran liquid yang berbahaya jika kontak dengan CPU.

DESAIN SISTEM PENDINGIN MENGGUNAKAN CFD

Karena tingginya kompleksitas dan krusialnya desain sistem pendinginan elektronik, diperlukan analisis yang mendalam dan menyeluruh pada sistem pendingin ini. Salah satu metode yang cukup umum digunakan adalah menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD), metode ini sangat powerfull karena mampu memodelkan baik geometri secara menyeluruh dari sistem maupun input-input variabel seperti karakteristik termal material, heat-flux dan lain-lain, kemudian output yang diperoleh juga cukup luas, mulai dari distribusi temperatur, kecepatan aliran fluida, hingga perhitungan tegangan pada komponen-komponen tersebut jika dikombinasikan dengan metode finite element analysis (FEA).

pola distribusi streamline kecepatan di dalam sistem elektronika
plot kontur kecepatan di dalam sistem elektronika
simulasi perpindahan kalor secara konduksi pada fin

Simulasi di atas dibuat menggunakan software openFOAM. Dapat dilihat dari hasil simulasi di atas bahwa kehadiran komponen-komponen elektronika di dalam box akan menghalangi atau mungkin mempercepat aliran yang akan mengubah karakteristik konveksinya, kemudian sumber kalor dari masing-masing komponen juga mempengaruhi distribusi temperatur secara keseluruhan. Menggunakan metode CFD ini, kita dapat dengan mudah memindah-mindah lokasi komponen sampai ditemukan konfigurasi yang optimal, baik dari sudut pandang fungsionalnya sebagai rangkaian elektronik dan manajemen kalornya.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang CFD, klik di sini.

By Caesar Wiratama

Velocity engineering merupakan jasa layanan dibawah aeroengineering.co.id dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA. Pelajari selengkapnya di sini.

Author: Caesar Wiratama

caesar@aeroengineering.co.id 0815-4806-5205

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *