المعجون الحراري عبارة عن مادة دسمة أو سائلة تستخدم لملء الفجوات والفجوات المجهرية بين سطحين معدنيين لتحسين نقل الحرارة من سطح إلى آخر. إنه ضروري في الإلكترونيات الحديثة ، حيث تولد المكونات الكثير من الحرارة التي يجب تبديدها لمنع ارتفاع درجة الحرارة وتلف الأجهزة.
ما هو المعجون الحراري وكيف يعمل؟
أسطح المبددات الحرارية وأجهزة الطاقة ، على المستوى المجهري ، ليست ناعمة تمامًا ولكنها تتميز بتموجات صغيرة وأخاديد لا تدعم مركب نقل الحرارة (انظر الشكل 1). يوضح الشكل كيف يمكن أن تتسبب عيوب السطح ، التي يتم تصويرها عمدًا بأبعاد كبيرة ، في تكوين فقاعات هواء بين الجزأين. في الطاقات العالية ، تؤثر حتى النسب المئوية الصغيرة من فقدان الطاقة بشكل كبير على الكفاءة النهائية للدوائر. للتشغيل السليم لجهاز الكمبيوتر ، أو الأجهزة الأخرى ، من الضروري استخدام معجون حراري جيد لوحدة المعالجة المركزية أو معجون خافض حرارة لوحدة المعالجة المركزية. المعجون الحراري عبارة عن مادة موصلة للحرارة يتم وضعها بين سطحين معدنيين لتحسين نقل الحرارة. يساعد على تقليل مقاومتها الحرارية ، مما يزيد من تبديد الحرارة نحو الخارج. يملأ المعجون الحراري العيوب ويمنع تكون فقاعات الهواء ، والتي من شأنها ، مع انخفاض معامل التوصيل الحراري ، إعاقة انتقال الحرارة عن طريق تشكيل حاجز عازل. إذا تم تطبيق معجون حراري بين سطحين ، يتم إنشاء رابطة حرارية أكثر كفاءة ، كما لو لم يكن هناك عيب.
تتميز كل مادة واجهة حرارية بقيمتها الخاصة بالتوصيل الحراري. وكلما زاد هذا المعامل ، زاد تشتت الحرارة. تقوم المعادن بتوصيل الحرارة بشكل فعال بينما المواد الأخرى ، مثل البلاستيك والزجاج والهواء ، تعتبر موصلات سيئة للحرارة. الألمنيوم والنحاس موصلين حراريين وكهربائيين ممتازين ، ولكن في وجود فقاعات هواء بين الأسطح الملامسة ، لم يعد التبادل الحراري فعالاً ، حيث أن الهواء موصل حراري ضعيف ويعيق تبديد الحرارة.
أنواع المعجون الحراري المختلفة وتطبيقاتها
لا يحتوي المعجون الحراري على نفس قيم وأداء الألمنيوم والنحاس ؛ ومع ذلك ، فإنه يقدم مساهمة ممتازة في نقل الحرارة. اعتمادًا على الجودة والمواد المستخدمة في العجينة الحرارية (الزنك أو الفضة) ، لها معامل توصيل يتراوح من 2W / mK إلى 8W / mK. تتوفر أنواع مختلفة من المعجون الحراري في السوق ، ولكل منها خصائص وتطبيقات مختلفة. يعتمد أدائها على العديد من العوامل ، مثل نوع غرفة التبريد وطريقة التطبيق ودرجة الحرارة المحيطة. يجب على المصممين اختيار النوع المناسب من المعجون الحراري لتطبيقهم وتطبيقه بشكل صحيح لتحقيق أفضل النتائج. فيما يلي بعض أكثر أنواع المعجون الحراري شيوعًا واستخداماتها:
- معجون حراري ذو قاعدة معدنية: يحتوي على خليط من جزيئات معدنية ، مثل الفضة أو الألومنيوم أو النحاس ، معلقة في مادة السيليكون أو السيراميك. يتميز هذا النوع من العجينة بموصلية حرارية عالية وهو مثالي للتطبيقات التي تتطلب تبريدًا عاليًا. وهي فعالة جدا في التوصيل الحراري لاحتوائها على معادن موصلة جيدة للحرارة والكهرباء. ومع ذلك ، يمكن أن تتسبب في حدوث دوائر قصر في حالة حدوث تسرب. لهذا السبب ، فإن تطبيقه على الجهاز يمثل تحديًا
- معجون حراري أساسه السيراميك: يحتوي على جزيئات خزفية معلقة في مادة مع السيليكون أو الزيت الاصطناعي. يوفر هذا المنتج موصلية حرارية جيدة وأرخص من المعجون الحراري المعدني. إنه جيد للتطبيقات التي تتطلب تبريدًا معتدلًا. إنها ليست موصلة للكهرباء ، لذا فهي آمنة حتى في حالة الانسكاب ويسهل وضعها على الأسطح. من ناحية أخرى ، فإنه لا يوفر خفضًا كبيرًا في درجة الحرارة
- معجون حراري قائم على المعدن السائل: يحتوي على بعض السبائك المعدنية المعلقة في سائل. يتميز هذا النوع من المعجون الحراري بموصلية حرارية عالية جدًا وهو مثالي للاستخدام في التطبيقات التي تتطلب تبريدًا شديدًا. ومع ذلك ، فمن الصعب تطبيقه ويمكن أن يتلف عدة أنواع من المواد. معدل تبديده أعلى بحوالي ثمانية أضعاف من المعجون الحراري العادي ، ولكن لا يمكن استخدامه مع خافضات حرارة الألمنيوم لأنه يمكن أن يحدث تفاعل كيميائي. بالإضافة إلى ذلك ، فهي باهظة الثمن مقارنة بالمواد الأخرى ، ويمكن أن يتسبب تشتتها في البيئة في أضرار جسيمة
- معجون حراري أساسه الكربون: يحتوي على جزيئات كربون معلقة في مادة حاملة للسيليكون أو زيت صناعي. هذا النوع من المعجون الحراري له موصلية حرارية أقل من المعاجين الحرارية القائمة على المعدن والسيراميك ، ولكنه أرخص. إنه اختيار جيد للتطبيقات التي تتطلب التبريد الأساسي. من الأسهل تطبيقه لأنه يحتوي على كثافة جيدة ، ويدوم لفترة أطول ، وغير موصل للكهرباء ، وأخيرًا ، يمثل الخيار الأفضل للمبتدئين. لسوء الحظ ، فعاليتها محدودة للغاية
- عجينة الماس الحرارية الكربونية: وهي أكثر فاعلية بخمس مرات من الفضة في نقل الحرارة لاحتوائها على مسحوق الماس. إنه عازل كهربائيًا ولزوجة منخفضة وثبات ممتاز. الماس الموجود هو مسحوق ولا يخدش السطح. مما لا شك فيه أن هذا النوع من المعجون الحراري مكلف للغاية.
تشمل الأنواع الأخرى من المنتجات أيضًا المركبات ذات الأساس التركيبي والمعجون الحراري القائم على النحاس والمعجون الحراري القائم على الفضة.
كيفية تطبيق المعجون الحراري لتحسين كفاءة نقل الحرارة
كيفية تطبيق معجون المبدد الحراري لوحدة المعالجة المركزية؟ يتطلب تطبيق المعجون الحراري عناية كبيرة ، سواء من حيث كمية ونوع التطبيق. كيف تنشر بشكل صحيح مركب الواجهة الحرارية؟ يجب أن يكون المعجون الحراري حشوًا للعيوب على الأسطح ، ومن أجل تحقيق ذلك بأقصى قدر من النتائج ، قبل تطبيق المعجون الحراري ، يجب تنظيف الأسطح وخالية من أي غبار أو حطام آخر يمكن أن يتداخل مع نقل الحرارة وإنشاء طبقات صغيرة جدًا. لهذا الغرض ، يمكن استخدام الكحول العادي أو الأسيتون. يمكنك ، بعد ذلك ، المضي قدمًا في نشر المعجون الحراري على المكون النشط باستخدام ملعقة صغيرة ، بشكل متساوٍ للغاية ، بدءًا من المركز إلى الخارج (انظر الشكل 2). الكمية الصحيحة لتطبيق الشحوم الحرارية على المعالج متغيرة. تعتمد الكمية المثالية من المعجون الحراري على حجم وشكل المكون الإلكتروني ، ولكن بشكل عام يوصى باستخدام مادة كافية لتغطية سطحه بالتساوي. عادة ، يجب أن تكون كمية بحجم حبة الأرز كافية لمعظم معالجات الكمبيوتر ، ولكن من المهم تجنب استخدام الكثير من المعجون الحراري ، لأن هذا قد يسبب مشاكل ارتفاع درجة الحرارة. من ناحية أخرى ، فإن كمية صغيرة ستكون عديمة الفائدة تمامًا. يجب أن يكون توزيعها متجانسًا. ليس من الضروري نشره على سطح المبدد الحراري ، حيث يضمن الضغط بين السطحين توزيعه بالتساوي. يجب أن يتم وضع وتثبيت غرفة التبريد بطريقة تضمن ضغطًا جيدًا وتوزيعًا متساويًا. بعد تركيب غرفة التبريد ، يجب إزالة أي معجون حراري زائد.
فوائد اختيار النوع المناسب من المعجون الحراري للإلكترونيات الخاصة بك
لا يعد تطبيق المعجون الحراري على المكونات الإلكترونية للطاقة خيارًا ولكنه اختيار إلزامي لضمان أفضل عملية تشغيل ممكنة للدائرة. من المؤكد أن استخدامه يؤدي إلى تبديد حرارة أفضل. كيف يعمل مبرد وحدة المعالجة المركزية الجيد؟ يعمل المعجون الحراري على تحسين نقل الحرارة بين الجهاز والمبدد الحراري ، مما يتطلب مبردًا عالي الجودة لمعالجك. يعمل المعجون الحراري عالي الجودة على تقليل درجة حرارة النظام ، مما يطيل من عمر الجهاز. تتضمن أهمية حلول التبريد المناسبة في الإلكترونيات دراسة متعمقة للمصممين. في معظم الأحيان ، يتسبب ارتفاع درجة الحرارة في حدوث مشكلات في استقرار الدائرة ، مثل الأعطال المفاجئة وانخفاض الأداء. ومع ذلك ، مع نظام التبريد الجيد ، يتم حل جميع مشاكل التشغيل ، بما في ذلك انبعاث الضوضاء الكهربائية والتداخل.
أفضل ماركات المركبات الحرارية المتوفرة في السوق
القاعدة الأولى التي يجب اتباعها هي تفضيل المنتجات المعتمدة من الشركة من الدرجة الأولى. لا ينبغي ادخار أي سنت في هذا المجال ، حيث أن التبديد الحراري للمكونات الإلكترونية له قيمة لا تُحصى. هناك العديد من العلامات التجارية المتاحة في السوق ، ولكل منها خصائصها وأدائها (بعض الأمثلة موضحة في الشكل 3). فيما يلي بعض ماركات المعجون الحراري المتوفرة في السوق:
- Arctic Silver: تنتج هذه العلامة التجارية مجموعة واسعة من المعاجين الحرارية عالية الجودة ، بما في ذلك بعض المعاجين ذات الخصائص الخاصة ، مثل التوصيل الحراري المحسن
- Noctua: تشتهر بتصنيع مكونات التبريد. معجون Noctua الحراري ذو جودة عالية ويستخدم مواد غير موصلة لمنع حدوث ماس كهربائي
- أشيب الحراري: تنتج هذه العلامة التجارية معجون حراري عالي الأداء بتركيبات مختلفة لتناسب العديد من الاحتياجات
- Gelid Solutions: تنتج هذه العلامة التجارية معاجين حرارية عالية الجودة لمجموعة متنوعة من الاستخدامات ، بما في ذلك تطبيقات الكمبيوتر المحمول
- Corsair: تشتهر بتصنيع أجهزة الألعاب ، كما أنها تنتج معاجين حرارية عالية الجودة لوحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات.
هذه ليست سوى عدد قليل من العلامات التجارية للمعجون الحراري المتاحة في السوق. يجب على المصممين اختيار العلامة التجارية التي تناسب احتياجاتهم. أيضًا ، يُنصح دائمًا بقراءة مراجعات العملاء للحصول على نظرة عامة على المنتج.
خاتمة
يعد تطبيق المعجون الحراري ضروريًا في جميع تطبيقات الطاقة التي تستخدم مبددات حرارة معدنية وتنتج حرارة. فوائد استخدامه كثيرة. تم تحسين تبديد الحرارة بشكل كبير ، مما يسمح لها بالتدفق بسهولة أكبر من الجهاز إلى غرفة التبريد ، والتي يمكنها بعد ذلك الهروب بسرعة أكبر إلى المناطق المحيطة بها. يتم أيضًا زيادة كفاءة النظام ، حيث يتم تقليل المقاومة الحرارية بين السطحين ، مما يضمن تشغيل المكون الإلكتروني في درجات الحرارة الصحيحة وعدم ارتفاع درجة الحرارة. يؤدي الحفاظ على المكونات الإلكترونية في درجة الحرارة المناسبة باستخدام معجون حراري إلى تحسين موثوقيتها ومتانتها ، وتجنب مخاطر التلف الدائم أو التشغيل غير الطبيعي للدارة. يجب على المستخدمين أيضًا أن يضعوا في اعتبارهم أنه يجب تجديد المعجون الحراري واستبداله بين الحين والآخر من أجل الحفاظ على الكفاءة الكاملة عالية.
