ضریب انبساط حرارتی یک ویژگی مهم در هنگام ارزیابی استخمیر حرارتی برای استفاده از سینک حرارتیس. در مدیریت حرارتی الکترونیکی، تفاوت در رفتار انبساط بین مواد می تواند استرس مکانیکی ایجاد کند که ممکن است بر پایداری رابط و عملکرد بلند مدت انتقال حرارت تأثیر بگذارد. درک این عامل به مهندسان کمک می کند تا مواد حرارتی مناسب را برای طراحی خنک کننده مطمئن انتخاب کنند.
خمیر حرارتی که به عنوان گریس حرارتی یا ترکیب حرارتی نیز شناخته می شود، بین اجزای مولد حرارت و سینک های حرارتی برای بهبود انتقال حرارت با پر کردن شکاف های میکروسکوپی هوا استفاده می شود. مهندسان در حال ارزیابی مواد خمیر حرارتی برای کاربردهای هیت سینک اغلب سازگاری گسترش را به عنوان یک عامل کلیدی برای حفظ رابط های حرارتی پایدار در طول زمان در نظر می گیرند.
ضریب انبساط حرارتی میزان انبساط یا انقباض یک ماده در هنگام تغییر دما است. مواد مختلف دارای ضرایب متفاوتی هستند و عدم تطابق بین مواد می تواند منجر به خطرات قابلیت اطمینان در طراحی رابط حرارتی شود.
چرا ضریب بر عملکرد تأثیر می گذارد
هنگامی که قطعات الکترونیکی کار می کنند، تغییرات دما اجتناب ناپذیر است. اگر ضریب انبساط حرارتی خمیر حرارتی به طور قابل توجهی با منبع گرما یا مواد هیت سینک متفاوت باشد، ممکن است تنش مکانیکی در طول چرخه حرارتی ایجاد شود.
اگر خمیر حرارتی در مقایسه با مواد اطراف بیش از حد منبسط یا منقبض شود، ممکن است به تدریج شکاف های میکرو ایجاد کند. این شکاف ها مقاومت حرارتی را افزایش می دهند زیرا هوا رسانای گرمایی ضعیفی است. در نتیجه، راندمان خنک کننده ممکن است کاهش یابد و دمای اجزا ممکن است افزایش یابد.
در مقابل، خمیر حرارتی با رفتار انبساط سازگار به حفظ تماس سطحی خوب در طول نوسانات دما کمک می کند. این از انتقال حرارت پایدار پشتیبانی می کند و به حفظ عملکرد خنک کننده ثابت کمک می کند.
تاثیر دنیای واقعی
در کاربردهای الکترونیکی عملی، چرخه حرارتی اغلب اتفاق می افتد. ممکن است قطعات در حین کار به طور مکرر گرم شوند و در حالت بیکار خنک شوند. با گذشت زمان، این انبساط و انقباض می تواند بر پایداری رابط تأثیر بگذارد.
هنگامی که مواد رابط حرارتی پایداری ابعادی را حفظ می کنند، به کاهش خطراتی مانند جدا شدن رابط، اثرات پمپ کردن یا تخریب حرارتی طولانی مدت کمک می کنند. به همین دلیل است که مهندسان اغلب هم رسانایی گرمایی و هم سازگاری انبساط را در طول انتخاب مواد ارزیابی می کنند.
انتخاب خمیر حرارتی مناسب
هنگام انتخاب خمیر حرارتی، هدایت حرارتی اغلب اولین پارامتر در نظر گرفته شده است. با این حال، ضریب انبساط حرارتی نیز عامل مهمی در ارزیابی قابلیت اطمینان بلند مدت است.
سازگاری مواد، محدوده دمای عملیاتی و شرایط کاربرد همه باید با هم در نظر گرفته شوند. مهندسان در حال مقایسه متفاوتخمیر حرارتی برای کاربردهای هیت سینکمعمولاً عملکرد حرارتی و پایداری مکانیکی را برای اطمینان از عملکرد خنک کننده قابل اعتماد ارزیابی می کند.
انتخاب مواد رابط حرارتی مناسب به حفظ عملکرد حرارتی پایدار در طول عملیات طولانی مدت و تغییرات مکرر دما کمک می کند.
ملاحظات کنترل کیفیت
آزمایش مواد اغلب شامل ارزیابی در محدوده دمایی و شرایط عملیاتی مختلف است. این به مهندسان کمک می کند تا درک کنند که مواد رابط حرارتی در طول استفاده طولانی مدت چگونه رفتار می کنند.
سازگاری با مواد الکترونیکی رایج و عملکرد پایدار در چرخههای دما، عوامل ارزیابی مهم در هنگام انتخاب راهحلهای رابط حرارتی هستند.
ملاحظات بلند مدت قابلیت اطمینان
استفاده از مواد رابط حرارتی با رفتار انبساط مناسب می تواند به حفظ عملکرد خنک کننده ثابت در طول زمان کمک کند. رابط های حرارتی پایدار به پشتیبانی از عملیات الکترونیکی قابل اعتماد و کاهش خطرات مرتبط با تنش حرارتی کمک می کند.
بنابراین انتخاب مواد مناسب بخش مهمی از طراحی مدیریت حرارتی الکترونیکی است.
مراجع
Incropera، FP، و DeWitt، DP (2001). مقدمه ای بر انتقال حرارت وایلی.
هولمن، جی پی (2002). انتقال حرارت مک گراو هیل.
ویکی پدیا - انبساط حرارتی