هدایت حرارتی ژل حرارتی چقدر است؟

ژل حرارتی به یک ماده ضروری در دستگاه های الکترونیکی مدرن تبدیل شده است که نقش مهمی در دفع گرما ایفا می کند. به عنوان یک تامین کننده ژل حرارتی، اغلب با مشتریانی روبرو می شوم که در مورد هدایت حرارتی ژل حرارتی کنجکاو هستند. در این وبلاگ، من به مفهوم هدایت حرارتی، اهمیت آن در ژل حرارتی و چگونگی تأثیر آن بر عملکرد دستگاه های الکترونیکی خواهم پرداخت.

آشنایی با رسانایی حرارتی

رسانایی حرارتی یک ویژگی اساسی مواد است که توانایی آنها را برای انتقال گرما توصیف می کند. به عنوان مقدار گرمایی تعریف می شود که از یک واحد سطح یک ماده در واحد زمان تحت یک گرادیان دمای واحد عبور می کند. به عبارت ساده‌تر، اندازه‌گیری می‌کند که چگونه گرما می‌تواند از یک ماده عبور کند. واحد SI هدایت حرارتی وات بر متر - کلوین (W/(m·K)) است.

به عنوان مثال، فلزاتی مانند مس و آلومینیوم دارای رسانایی حرارتی بالایی هستند. مس دارای رسانایی حرارتی در حدود 400 W/(m·K) است، که به این معنی است که می تواند گرما را بسیار موثر انتقال دهد. از سوی دیگر، موادی مانند چوب یا پلاستیک دارای رسانایی حرارتی بسیار پایین‌تری هستند، معمولاً در محدوده 0.1 تا 0.5 W/(m·K) که باعث می‌شود رسانای گرما ضعیفی باشند.

هدایت حرارتی ژل حرارتی

ژل حرارتی نوعی ماده رابط حرارتی (TIM) است که برای پر کردن شکاف‌های میکروسکوپی بین یک جزء تولیدکننده گرما (مانند CPU یا GPU) و یک هیت سینک استفاده می‌شود. با انجام این کار، راندمان انتقال حرارت از قطعه به هیت سینک را بهبود می بخشد و در نتیجه دمای کار دستگاه را کاهش می دهد.

رسانایی حرارتی ژل حرارتی بسته به ترکیب و فرمول آن می تواند بسیار متفاوت باشد. به طور کلی، ژل های حرارتی دارای مقادیر هدایت حرارتی از 1 W/(m·K) تا 10 W/(m·K) هستند. برخی از ژل های حرارتی با کارایی بالا حتی می توانند به مقادیر هدایت حرارتی بالاتر از 10 W/(m·K) دست یابند.

عوامل اصلی که بر هدایت حرارتی ژل حرارتی تأثیر می گذارد عبارتند از:

مواد پرکننده

بیشتر ژل های حرارتی حاوی مواد پرکننده رسانای حرارتی مانند اکسید آلومینیوم، نیترید بور یا ذرات نقره هستند. این پرکننده ها با ایجاد مسیرهایی برای جریان گرما، هدایت حرارتی ژل را افزایش می دهند. نوع، اندازه و درصد بارگذاری مواد پرکننده تأثیر قابل توجهی بر هدایت حرارتی کلی ژل دارد. به عنوان مثال، نیترید بور دارای رسانایی حرارتی نسبتاً بالایی است و می تواند به طور قابل توجهی توانایی انتقال حرارت ژل حرارتی را در هنگام استفاده به عنوان پرکننده افزایش دهد.

ماتریس پلیمری

ماتریس پلیمری ژل حرارتی نیز در تعیین هدایت حرارتی آن نقش دارد. پلیمرها معمولا رسانایی حرارتی پایینی دارند. با این حال، انتخاب پلیمر می تواند بر پراکندگی مواد پرکننده و خواص فیزیکی کلی ژل تأثیر بگذارد. پلیمرهای مبتنی بر سیلیکون به دلیل انعطاف پذیری خوب، پایداری شیمیایی و خاصیت خروج گاز کم معمولاً در ژل های حرارتی استفاده می شوند.

حالت متقابل و درمان

فرآیند اتصال متقابل و حالت پخت ژل حرارتی می تواند بر هدایت حرارتی آن تأثیر بگذارد. یک ژل با پیوند متقاطع می تواند پایداری مکانیکی بهتری ایجاد کند و ممکن است تماس بین ذرات پرکننده را افزایش دهد و منجر به بهبود انتقال حرارت شود.

اهمیت رسانایی حرارتی در دستگاه های الکترونیکی

در دستگاه های الکترونیکی، گرمای بیش از حد می تواند مشکلات مختلفی از جمله کاهش عملکرد، کاهش طول عمر و حتی خرابی دستگاه ایجاد کند. بنابراین، اتلاف حرارت کارآمد برای حفظ قابلیت اطمینان و عملکرد قطعات الکترونیکی بسیار مهم است.

یک ژل حرارتی با رسانایی حرارتی بالا می تواند به طور موثر گرما را از جزء تولید کننده گرما به هیت سینک انتقال دهد. این کمک می کند تا قطعه در محدوده دمای عملیاتی بهینه خود باقی بماند. به عنوان مثال، در یک کامپیوتر لپ تاپ، CPU در حین کار مقدار زیادی گرما تولید می کند. اگر ژل حرارتی بین CPU و هیت سینک رسانایی حرارتی پایینی داشته باشد، گرما به طور موثر منتقل نمی شود و باعث افزایش دمای CPU می شود. این می تواند منجر به گلوگاه حرارتی شود، جایی که CPU عملکرد خود را کاهش می دهد تا از گرم شدن بیش از حد جلوگیری کند.

کاربردهای ژل حرارتی با رسانایی حرارتی مختلف

ژل های حرارتی با رسانایی کم تا متوسط ​​حرارتی (1 - 5 وات/(m·K))

این ژل های حرارتی برای کاربردهایی که تولید حرارت نسبتاً کم است مناسب هستند. آنها اغلب در لوازم الکترونیکی مصرفی مانند گوشی های هوشمند، تبلت ها و نورپردازی LED استفاده می شوند. در این دستگاه ها، مصرف برق و خروجی حرارت بسیار بالا نیست، بنابراین یک ژل حرارتی با رسانایی حرارتی متوسط ​​می تواند به طور موثر نیازهای اتلاف گرما را برآورده کند.

ژل های حرارتی با رسانایی بالا (5 تا 10 وات/(m·K) و بالاتر)

ژل های حرارتی با هدایت حرارتی بالا در دستگاه های الکترونیکی پرقدرت مانند سرورها، رایانه های بازی و تقویت کننده های قدرت استفاده می شوند. این دستگاه ها مقدار زیادی گرما تولید می کنند و یک ژل حرارتی با هدایت حرارتی بالا برای اطمینان از انتقال حرارت کارآمد و جلوگیری از گرمای بیش از حد ضروری است.

محصولات ژل حرارتی ما

به عنوان یک تامین کننده ژل حرارتی، ما طیف گسترده ای از محصولات ژل حرارتی با رسانایی حرارتی متفاوت را برای پاسخگویی به نیازهای متنوع مشتریان خود ارائه می دهیم. ماژل بتونه سیلیکونییک انتخاب محبوب برای بسیاری از برنامه ها است. دارای انعطاف پذیری و سازگاری عالی است که به آن اجازه می دهد شکاف بین اجزا و هیت سینک را به طور موثر پر کند. رسانایی حرارتی ژل بتونه سیلیکونی ما را می توان با توجه به نیازهای خاص مشتری، از 2 W/(m·K) تا 8 W/(m·K) تنظیم کرد.

ماژل رسانای حرارتییکی دیگر از محصولات با کارایی بالا است. با مواد پرکننده پیشرفته برای دستیابی به مقادیر هدایت حرارتی بالا فرموله شده است. این ژل برای دستگاه های الکترونیکی با قدرت بالا که اتلاف گرمای کارآمد در آنها حیاتی است مناسب است.

انتخاب ژل حرارتی مناسب

هنگام انتخاب ژل حرارتی، مهم است که عوامل زیر را در نظر بگیرید:

هدایت حرارتی

همانطور که در بالا توضیح داده شد، هدایت حرارتی ژل باید با نیازهای اتلاف حرارت دستگاه مطابقت داشته باشد. برای کاربردهای با توان بالا، ژل حرارتی با رسانایی حرارتی بالا توصیه می شود.

خواص فیزیکی

خواص فیزیکی ژل حرارتی مانند ویسکوزیته، سختی و انعطاف پذیری نیز مهم است. ژل با ویسکوزیته مناسب را می توان به راحتی اعمال کرد، در حالی که انعطاف پذیری خوب، تماس خوب بین قطعه و هیت سینک را تضمین می کند.

پایداری شیمیایی

ژل حرارتی باید از نظر شیمیایی پایدار باشد تا از تخریب در طول زمان جلوگیری شود. این امر به ویژه در برنامه های طولانی مدت بسیار مهم است.

هزینه

هزینه همیشه در هر تصمیم خرید مورد توجه است. تعادل بین الزامات عملکرد و هزینه ژل حرارتی بسیار مهم است.

برای تهیه با ما تماس بگیرید

اگر به محصولات ژل حرارتی ما علاقه مند هستید یا در مورد هدایت حرارتی و انتخاب ژل حرارتی سوالی دارید، لطفا با ما تماس بگیرید. ما تیمی از کارشناسان داریم که می توانند مشاوره و راه حل های حرفه ای را به شما ارائه دهند. چه یک تولید کننده لوازم الکترونیکی در مقیاس کوچک یا یک کاربر صنعتی در مقیاس بزرگ باشید، ما می توانیم نیازهای ژل حرارتی شما را برآورده کنیم.

مراجع

• Incropera، FP، و DeWitt، DP (2002). مبانی انتقال حرارت و جرم جان وایلی و پسران
• Cahill، DG، Ford، WK، Goodson، KE، Mahan، GD، Majumdar، A.، Maris، HJ، … و Phillpot، SR (2003). حمل و نقل حرارتی در مقیاس نانو مجله فیزیک کاربردی، 93 (2)، 793 - 818.
• وانگ، ایکس، و ژائو، ی. (2018). مواد رابط حرارتی: چشم انداز تاریخی، وضعیت و چالش های آینده مجله مواد الکترونیکی، 47 (10)، 5435 - 5451.