Tembaga atau aluminium heatsink?

Apa heatsink yang lebih baik untuk dibeli, tembaga atau aluminium? Apa yang tembaga lakukan agar aluminium tidak? Saya tahu ini lebih mahal dan lebih berat, jadi apa keuntungan dari tembaga?

Sunting: lebih detail tentang aplikasi. Saya perlu heatsink untuk modul peltier TEG, sisi kerennya. Sumber kekuatan hanyalah panas dari tangan Anda, datang dari sisi panas. Untuk mencegahnya menetralkan kedua sisi peltier, saya menggunakan heatsink untuk mendinginkan sisi lainnya. Oleh karena itu, saya memerlukan heatsink paling kuat yang tersedia sehingga peltier akan menghasilkan tegangan lebih lama.

Anda memiliki banyak informasi bagus dari pengguna di atas! Harap pertimbangkan jawaban saya yang sedikit penting dan penting untuk saran yang sudah Anda miliki:

Bahan antarmuka termal (TIM) dapat lebih penting dan lebih mudah daripada materi yang Anda pilih untuk heatsink Anda! Saya mengatakan ini dari pengalaman dan secara pribadi menguji puluhan jenis dan variasi bahan antarmuka. Anggaran Anda, metode lampiran, dan parameter desain lainnya mungkin akan mempersempit pilihan Anda pada tipe TIM tertentu. Sebagai contoh: pasta memerlukan heatsink untuk diamankan secara mekanis dan perekat tidak. Beberapa bahan berantakan dan sulit digunakan tetapi berkinerja baik dan beberapa hal di luar sana hampir tidak bernilai dalam kinerjanya dan mungkin atau mungkin tidak mudah digunakan.

Saya akan mengatakan dengan sangat percaya diri bahwa TIM yang Anda gunakan dapat dengan mudah lebih penting daripada jika Anda menggunakan tembaga atau aluminium. Tidak dalam setiap kasus tetapi perbedaan kinerja dapat mengejutkan.

Mencari bahan yang populer dan diulas dengan baik untuk CPU / heatisinks dapat memberi Anda beberapa opsi yang baik untuk dipilih.

Semoga berhasil!

Tembaga memiliki konduktivitas termal yang lebih baik.

Aluminium - $\mathrm{ 200 \frac {W} {m\cdot K} }$
Tembaga -$\mathrm{ 400 \frac {W} {m\cdot K} }$
(darisini, juga disini)

Tetapi konduktivitas termal di dalam bahan padat hanya bagian dari cerita. Kisah selanjutnya tergantung pada di mana seseorang ingin membuang panas ke dalamnya.

Cairan pendingin

Copper heatsink (bisa juga disebut sebagai blok transfer panas) akan berkinerja lebih baik daripada aluminium.

Udara dengan konveksi paksa

Dengan kata lain, ada kipas yang bertiup ke heatsink. Heatsink tembaga akan tampil lebih baik daripada aluminium.

Udara dengan konveksi alami

Saya telah menyimpan yang terbaik untuk yang terakhir. Ini juga terlihat seperti kasus OP.

Dengan udara konveksi alami , heatsink tembaga melakukan hanya sedikit ¹ lebih baik (dalam ° C / W) dari aluminium. Ini karena bottleneck tidak ada dalam transfer withing metal. Ketika Anda memiliki udara dengan konveksi alami, hambatannya adalah antara logam dan udara, dan itu sama untuk Al dan Cu.

¹ _{Saya dapat menambahkan bahwa peningkatan marginal seringkali tidak sebanding dengan biaya Cu.}

Kurva ini menunjukkan hubungan non-linear antara perpindahan panas dan konduktivitas termal material. Kurva itu generik. Ini berlaku untuk aplikasi apa pun yang memiliki komponen konduksi dan konveksi untuk transfer panas total. [Radiasi biasanya kecil dan diabaikan dalam perhitungan ini.] Bentuk kurva adalah sama terlepas dari aplikasinya. Nilai kuantitatif pada sumbu tidak ditampilkan karena bergantung pada daya, ukuran bagian, dan kondisi pendinginan konvektif. Mereka diperbaiki untuk setiap aplikasi dan persyaratan yang diberikan. Sudah jelas dari bentuk kurva bahwa perpindahan panas tergantung pada konduktivitas termal material tetapi ada juga titik, lutut di kurva, di mana peningkatan konduktivitas termal menghasilkan peningkatan diabaikan dalam perpindahan panas .
( sumber , beri penekanan pada NA)

$\mathrm{20 \frac {W} {m\cdot K} }$

E2 adalah plastik ( sumber )

Ini pertanyaan kompleks, dengan banyak faktor. Mari kita lihat beberapa sifat fisik:

• konduktivitas termal ($\mathrm{W \over m\cdot K}$)
  • tembaga: 400
  • aluminium: 235
• kapasitas panas volumetrik ($\mathrm{J \over cm^3 \cdot K }$)
  • tembaga: 3,45
  • aluminium: 2.42
• massa jenis ($\mathrm{g \over cm^3}$)
  • tembaga: 8,96
  • aluminium: 2,7
• indeks anodik ($\mathrm V$)
  • tembaga: -0,35
  • aluminium: -0,95

Apa arti properti ini? Untuk semua perbandingan yang mengikuti, pertimbangkan dua bahan geometri yang identik.

Konduktivitas termal tembaga yang lebih tinggi berarti suhu di seluruh heatsink akan lebih seragam. Ini bisa menguntungkan karena ekstremitas heatsink akan lebih hangat (dan karenanya memancarkan secara lebih efektif), dan titik panas yang melekat pada beban termal akan menjadi lebih dingin.

Kapasitas panas volumetrik tembaga yang lebih tinggi berarti akan membutuhkan energi dalam jumlah yang lebih besar untuk menaikkan suhu pendingin. Ini berarti tembaga mampu "memuluskan" beban termal lebih efektif. Itu mungkin berarti periode singkat dari beban termal menghasilkan suhu puncak yang lebih rendah.

Kepadatan tembaga yang lebih tinggi membuatnya lebih berat, jelas.

Indeks anodik yang berbeda dari bahan mungkin membuat satu bahan lebih menguntungkan jika korosi galvanik menjadi perhatian. Yang lebih menguntungkan akan tergantung pada apa logam lain yang bersentuhan dengan heat sink.

Berdasarkan sifat fisik ini, tembaga tampaknya memiliki kinerja termal yang unggul dalam setiap kasus. Tetapi bagaimana ini diterjemahkan ke kinerja nyata? Kita harus mempertimbangkan tidak hanya materi heatsink, tetapi bagaimana materi ini berinteraksi dengan lingkungan sekitar. Antarmuka antara heatsink dan sekitarnya (biasanya udara) sangat signifikan. Selain itu, geometri heatsink juga signifikan. Kita harus mempertimbangkan semua hal ini.

Sebuah studi oleh Michael Haskell, Membandingkan Dampak Berbagai Bahan Pendingin pada Kinerja Pendinginan melakukan beberapa tes empiris dan komputasi pada aluminium, tembaga, dan heatsink busa grafit dari geometri yang identik. Saya bisa sangat menyederhanakan temuan: (dan saya akan mengabaikan heatsink busa grafit)

Untuk geometri tertentu yang diuji, aluminium dan tembaga memiliki kinerja yang sangat mirip, dengan tembaga menjadi sedikit lebih baik. Untuk memberi Anda gambaran, pada aliran udara 1,5 m / s, tahanan termal tembaga dari pemanas ke udara adalah 1,637 K / W, sedangkan aluminium 1,677. Angka-angka ini sangat dekat sehingga sulit untuk membenarkan biaya tambahan dan berat tembaga.

Ketika heatsink menjadi besar dibandingkan dengan benda yang sedang didinginkan, tembaga memperoleh keunggulan dibandingkan aluminium karena konduktivitas termal yang lebih tinggi. Ini karena tembaga mampu mempertahankan distribusi panas yang lebih seragam, menarik panas ke ekstremitas secara lebih efektif, dan lebih efektif memanfaatkan seluruh area radiasi. Studi yang sama melakukan studi komputasi untuk pendingin CPU besar dan menghitung resistensi termal 0,57 K / W untuk tembaga dan 0,69 K / W untuk aluminium.

Konduktivitas termal tembaga hampir 60% lebih tinggi dari aluminium. Ini berarti bahwa heat sink tembaga akan lebih efektif dalam menghilangkan panas daripada aluminium.

Yang Anda pilih adalah masalah kompromi: heat sink alumimium lebih murah dan lebih ringan, dan begitu juga pilihan pertama untuk desain tujuan umum. Namun, di mana Anda harus menghilangkan banyak panas dalam ruang yang sedikit, tembaga mungkin lebih disukai.

Namun, tidak mungkin untuk membuat perbandingan absolut antara kedua bahan tanpa mengetahui aplikasi spesifik dan kendala lain dari desain spesifik yang harus disesuaikan dengan heat sink.

Ada faktor-faktor lain yang perlu diingat (termasuk lingkungan di mana heat sink harus "hidup").

Tembaga mampu melakukan panas lebih baik daripada aluminium, tetapi kopling termal antara sumber panas dan heat sink, dan juga antara heat sink dan "dunia luar" harus dipertimbangkan.

Sebagai contoh, apakah heat sink digabungkan dengan udara bebas melalui sirip kecil? Atau apakah itu digabungkan dengan semacam cairan pendingin yang mengalir dalam tabung? Apakah konveksi terlibat dalam proses penghilangan panas, atau apakah radiasi panas merupakan mekanisme utama (pikirkan probe ruang, sebagai kasus ekstrem). Apakah lingkungan cenderung menyebabkan korosi (perangkat bawah air; perangkat di dalam beberapa reaktor kimia)? Beberapa paduan lebih tahan terhadap jenis korosi tertentu daripada yang lain.

Tembaga memiliki sekitar 50% dan dua kali lipat konduktivitas termal aluminium tergantung pada paduan, jadi untuk kinerja tertentu, heatsink tembaga dapat 'setengah' dari ukuran aluminium.

Namun, tembaga jauh lebih mahal daripada aluminium, dan agak lebih sulit untuk dibuat, sehingga lebih mahal untuk diproduksi. Dalam beberapa kasus, ukuran kecil layak dibayar.