خمیر سیلیکون چیست؟ | انواع و نحوه استفاده از خمیر سیلیکون

برای پاسخ به سوال که خمیر سیلیکون چیست و چه کاربردی دارد در ابتدا باید بدانید هر زمان که جریان از یک عنصر مقاومتی عبور می کند، گرما تولید می شود، مهم نیست که یک لامپ رشته ای، یک سیم یا یک اتصال نیمه هادی باشد. گرمای بیش از حد هر عملکردی را کاهش می دهد و می تواند باعث آسیب دائمی یا حتی خرابی دستگاه شود. مدیریت و دفع گرما برای هر طراح که با نیمه هادی های پرقدرت کار می کند، از درایورهای مختلف گرفته تا دستگاه های دیجیتال پرسرعت مانند واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) یا ریزپردازنده ها (MPU) همیشه باعث نگرانی است.

خمیر سیلیکون چیست؟

خمیر سیلیکون یک عنصر کلیدی در مدیریت حرارت است. یک عنصر استاندارد برای کنترل دمای یک نیمه هادی، گرما را از طریق رسانش به دور از منبع گرما به یک هیت سینک منتقل می کند که آن را به طور ایمن به محیط اطراف پخش می کند. هیت سینک معمولاً مستقیماً به سطح منبع گرما – GPU، MPU یا دستگاه برق – متصل می شود و از ماده ای ساخته شده است که رسانایی حرارتی بالایی دارد. رسانایی حرارتی یک ماده با λ نشان داده می شود و بر حسب وات بر متر کلوین (W/m·K) اندازه گیری می شود: این معیاری از توانایی ماده برای هدایت گرما است. طراحی مکانیکی یک هیت سینک معمولاً شامل پره های متعددی است تا کارآمدترین دفع گرما را در یک حجم معین فراهم کند. مواد متداول برای هیت سینک شامل آلیاژهای آلومینیوم 6060 و 6063 با مقادیر λ بالا به ترتیب 166 و 201 W/m·K است.

بیشتر بخوانید: اس اس دی چیست ؟ 

نحوه کار خمیر سیلیکون چیست و چگونه است؟

سطوح اتصال بین هیت سینک و منبع گرما با چشم غیرمسلح صاف به نظر می رسند، اما تلورانس های تولید شده باعث ایجاد حفره های کوچکی می شوند که به وضوح در زیر ابزار بزرگنمایی دیده می شوند. اتصال مکانیکی هیت سینک و منبع به هم باعث ایجاد شکاف های هوایی می شود، اما هوا رسانای ضعیفی از گرما با مقدار λ در حدود 0.025 W/m·K است. هر گونه شکاف هوا یا فضا در مسیر هدایت حرارتی باعث کاهش راندمان می شود.

خمیر سیلیکون یک ترکیب رسانای حرارتی است که بین منبع (ها) گرما و سینک برای از بین بردن شکاف های هوا استفاده می شود. خمیر سیلیکون با نام های متعددی نامیده می شود: ترکیب خمیر انتقال حرارتی؛ ژل حرارتی؛ گریس حرارتی؛ و غیره اکثر فرمولاسیون های خمیر سیلیکون دارای استاندارد عایق های الکتریکی هستند.

بیشتر بخوانید: بک آپ و ریکاوری اطلاعات هارد چیست؟

انواع و نوع مواد خمیر سیلیکون از چیست؟

خمیر سیلیکون از یک ماتریس پایه و حاوی یک پرکننده رسانای حرارتی تشکیل شده است. مواد ماتریس معمولی اپوکسی ها، سیلیکون ها، یورتان ها و آکریلات ها هستند. پرکننده ها شامل میکرو ذرات کربن، اکسید آلومینیوم، نیترید بور، اکسید روی و نیترید آلومینیوم هستند. محتوای پرکننده می تواند تا 70-80 درصد جرم باشد و رسانایی حرارتی ماتریس پایه را از 0.17-0.3 W/m·K تا حدود 4 W/m·K، بسته به فرمول، افزایش می دهد. خمیرهای فلزی رسانایی حرارتی بالاتری دارند.

هر فرمول برای یک مورد استفاده خاص طراحی شده است. صرف نظر از این، نتیجه نهایی باید به راحتی اعمال شود، شکاف ها را به طور موثر پر کند، گرما را به خوبی هدایت کند و برای هزاران ساعت بدون خشک شدن یا پوسته پوسته شدن پایدار بماند.

M.G. Chemicals’ Type 860 نمونه خوبی از ترکیب انتقال حرارت سیلیکونی مبتنی بر سیلیکون است. از اکسید روی به عنوان ترکیب اصلی برای دستیابی به رسانایی حرارتی 0.66 W/m·K استفاده می کند. این محصول عایق الکتریسیته و خورندگی است و محدوده دمای کاری آن بین 40- تا 200 درجه سانتیگراد است.

در صورت نیاز به عملکرد بالاتر، ترکیبات مبتنی بر نقره می توانند رسانایی حرارتی 3 تا 8 W/m·K یا بیشتر داشته باشند. این ذرات نقره میکرونیزه شده در یک محیط سیلیکونی معلق هستند. با این حال، خمیر سیلیکون مبتنی بر فلز می‌تواند رسانای الکتریکی و خازنی باشد و در صورت سرازیر شدن بر روی مدار الکتریکی می‌تواند باعث اختلال در عملکرد یا آسیب شود.

بیشتر یخوانید: راهنمای انتخاب و خرید پاور سرور 

بهترین فرمول خمیر سیلیکون

فرمولاسیون حرارتی با بالاترین کارایی (و بالاترین هزینه) تقریباً به طور کامل از فلز مایع تشکیل شده است، معمولاً نوعی از آلیاژ Galinstan™ — مخلوطی از گالیوم، ایندیم و قلع است. خمیرهای فلزی می‌توانند رسانایی حرارتی بیش از 13 W/m·K داشته باشند، اما به‌سختی به‌طور یکنواخت اعمال می‌شوند و بیشترین خطر ایجاد اختلال در عملکرد ناشی از ریزش را دارند. علاوه بر این، گالیم به آلومینیوم بسیار خورنده است، بنابراین نمی توان آنها را با سینک های حرارتی آلومینیومی استفاده کرد.

دستورالعمل های کلی برای انتخاب خمیر سیلیکون چیست:

• تعادل هزینه در مقابل کاربرد مورد نیاز.
• ویسکوزیته کم در حین استفاده
• مخلوط همگن پایدار برای عملکرد حرارتی ثابت.
• مطابقت با استانداردهای صنعتی مانند RoHS و REACH.

برخی از فرمولاسیون ها محدودیت هایی در استفاده از آنها دارند. به عنوان مثال، اکسید روی توسط سازمان بین المللی دریانوردی به عنوان یک آلاینده دریایی طبقه بندی شده است. فرمولاسیون بدون اکسید روی موجود است. ترکیبات سیلیکونی دارای پایداری شیمیایی و حرارتی بالا و خواص روانکاری فوق العاده ای هستند اما می توانند باعث آلودگی شوند.

بسیاری از فرمول‌ها بدون سیلیکون هستند: برای مثال Aavid’s Sil-Free 1020 از گریس مصنوعی بدون سیلیکون استفاده می‌کند و MG Chemicals 8627-85ML Super Thermal Grease III هم فاقد اکسید روی و هم بدون سیلیکون است.

خمیر سیلیکون در چند بسته موجود است. سرنگ ها با قابلیت استفاده در اغلب امور بیشترین استفاده را دارند. بسیاری از محصولات طیف گسترده ای از گزینه ها را ارائه می دهند. خمیر نوع 860 که در بالا ذکر شد در کیسه ها، شیشه ها و لوله ها در اندازه های 1.7 میلی لیتر تا 470 میلی لیتر موجود است.

بیشتر بخوانید: دیتابیس و انوع دیتابیس چیست

نکاتی برای استفاده از خمیر سیلیکون

خمیر سیلیکون به عنوان رسانای گرما بهتر از هوا است، اما به خوبی فلز نیست، بنابراین استفاده از حداقل مقدار مورد نیاز برای پر کردن شکاف‌های هوا مهم است. اگر مقدار بیش از حد استفاده شود، خمیر سیلیکون مانند یک عایق عمل می کند زیرا عملکرد حرارتی آن پایین تر از فلزاتی است که در حال اتصال است.

عملکرد خمیر رسانا به شدت به آماده سازی سطح بستگی دارد. سطوح تماسی که به درستی آماده نشده اند می توانند پایداری، رسانایی و ویژگی های روانکاری خمیر را کاهش دهند. قبل از استفاده از خمیر، دو سطح باید با یک پاک کننده غیر روغنی مانند ایزوپروپیل الکل تمیز شود. خمیر باید در یک لایه نازک پخش شود.

نتیجه

خمیر سیلیکون نقش کلیدی در مدیریت و دفع گرمای اضافی از نیمه هادی ها دارد. طراحان گزینه هایی را در قیمت و عملکرد متفاوت انتخاب می کنند. توجه به ویژگی های هر فرمول و پیروی از شیوه های کاربردی خوب، کلید موفقیت استفاده از خمیر سیلیکون است.

وبلاگ تخصصی تجارت رابین در زمینه هارد سرور