جدول المحتويات
التعريف العلمي
تعتبر الإدارة الحرارية عاملاً حاسماً في الأجهزة الإلكترونية، حيث يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة حرارة المكونات إلى حدوث أعطال. لذلك فإن الهدف هو نقل الحرارة المتولدة من الإلكترونيات إلى جهاز تبريد، مثل المشتت الحراري أو المشتت الحراري.
ومع ذلك، حتى أقوى المشتتات الحرارية لا يمكنها تبديد الحرارة على النحو الأمثل إذا لم تتمكن أسطح التلامس من ضمان نقل الحرارة اللازمة. على الرغم من عمليات التصنيع الحديثة، تظل هناك خشونة معينة في السطح، حيث توجد شوائب هوائية صغيرة مجهرية. مواد الواجهة الحرارية، والمعروفة أيضًا باسم مواد الواجهة الحرارية (TIMs) مصممة لملء هذه التجاويف بين المكونات بحيث يتم تحسين نقل الحرارة بشكل كبير.
وهذا يعني أيضًا أنه يجب تقليل مقاومة التلامس بين المكوّن المولّد للحرارة والمشتت الحراري باستخدام TIM.
الخواص الحرارية ل TIMs
لذلك يعتمد أداء TIM على خواصه الحرارية. والقيم الأكثر استخدامًا في الصناعة والمدرجة في أوراق البيانات هي الموصلية الحرارية والمقاومة الحرارية. وبالنظر إلى المعاوقة الحرارية بدلاً من مجرد الموصلية الحرارية ل TIM له ميزة أنه يعكس أيضًا ظروف التطبيق، حيث يتم أخذ سمك المادة وضغط التلامس في الاعتبار أيضًا.
ويرتبط ذلك بالمقاومة الحرارية، التي تصف القدرة على مقاومة تدفق الحرارة. وعلى النقيض من التوصيل الحراري، تعتمد المقاومة الحرارية على سُمك المادة. هذا يعني أنه كلما زادت سماكة المادة، زادت المقاومة الحرارية، حتى لو ظلت الموصلية الحرارية كما هي.
عند إدارة الحرارة واختيار TIM، لا يجب أن تؤخذ الموصلية الحرارية للمادة في الاعتبار فقط، بل يجب أيضًا مراعاة مقاومة التلامس.
مقاومة التلامس
بين المكوّن المولّد للحرارة و TIM والمشتت الحراري.
وهنا يأتي دور المعاوقة الحرارية : فهي تصف مجموع المقاومة الحرارية ومقاومة التلامس، أي أنها المقاومة الكلية التي يقاومها التجميع، أي المادة والواجهات البينية للمادة، لتدفق الحرارة.
تعتبر المواد ذات الموصلية الحرارية العالية وأقل مقاومة حرارية ممكنة مثالية.
الخصائص الملخصة:
- التوصيل الحراري
- سُمك المادة
- ضغط التلامس
- المقاومة الحرارية
- مقاومة التلامس
طريقة قياس المعاوقة الحرارية
عادة ما يتم إجراء قياسات المعاوقة الحرارية باستخدام جهاز جهاز اختبار المعاوقة الحرارية الذي يفي بالمعيار ASTM D5470 القياسية. يتم استخدام طريقة ثابتة يتم فيها تثبيت العينة بين صفيحة ساخنة وأخرى مبردة. ثم يتم استخدام تدرج درجة الحرارة عبر العينة، وتدفق الحرارة الناتج وسطح الاختبار أو مساحة اللوح، الذي يكون بنفس حجم العينة التي يتم اختبارها، لحساب المعاوقة الحرارية. وبالتالي فإن المعاوقة الحرارية تقيس المقاومة الحرارية للعينة بالإضافة إلى مقاومة السطح البيني الحراري بين المادة وسطح الاختبار، وتسمى θ وتعطى بالوحدة ●م2 ●ك/ث.
نظرًا لاختلاف مقاومة التلامس اعتمادًا على سطح العينة وضغط التلامس الذي تمارسه أسطح الاختبار على المادة المختبرة، يتم تسجيل الضغط بواسطة جهاز اختبار TIM. كما يتم قياس سُمك عينة الاختبار أيضًا.
يمكن أيضًا استخدام جهاز اختبار TIM لتحديد الموصلية الحرارية الظاهرية، أي الموصلية الحرارية المحددة لظروف الاختبار. للقيام بذلك، يجب استبعاد مقاومة الواجهة الحرارية. للقيام بذلك، تُقاس المعاوقة الحرارية أولاً كدالة لسمك العينة المختلفة ويتم رسمها بيانيًا. وينتج عن ذلك خط مستقيم يكون مقلوب التدرج فيه هو التوصيل الحراري الظاهري والجزء المقطوع عند السمك الصفري يتوافق مع مقاومة التلامس عند سطحي الاختبار.
