رقائق الإنديوم: مادة واجهة حرارية

مقدمة

رقائق الإنديوم عبارة عن صفائح معدنية رقيقة وناعمة. ونظرًا لقابليتها للطرق وتوصيلها الحراري العالي، فإنها تحتل الصدارة كمادة لنقل الحرارة في مختلف الأجهزة. وقد استخدمت رقائق الإنديوم على مدى عقود في العديد من مجالات الإلكترونيات والأجهزة الميكانيكية. يوفر المعدن طريقة مستقرة وموحدة لخفض درجة الحرارة في أجهزة الطاقة. نقدم لك شرحًا موجزًا لتطبيقاته وخصائصه.

الميزات الرئيسية لرقائق الإنديوم في الإدارة الحرارية

يحتوي رقائق الإنديوم على عدد من الميزات التي تجعله مناسبًا جدًا للإدارة الحرارية. بادئ ذي بدء، الموصلية الحرارية عالية. يتميز الإنديوم عادةً بموصلية حرارية تبلغ حوالي 86 واط لكل متر كلفن. وهذا يعني أنه قادر على تبديد الحرارة بسرعة من المصادر الساخنة. ثانيًا، الرقاقة نفسها ناعمة جدًا وقابلة للسحب. وهذا يمكّنها من تشكيل نفسها بإحكام في الفراغات بين الأسطح. وهي تشكل منطقة تلامس متساوية. وهذه الميزة مفيدة للغاية بالنسبة للأسطح الصغيرة والخشنة.

وبالإضافة إلى ذلك، تتميز رقائق الإنديوم بنقطة انصهار منخفضة مقارنةً بغالبية المعادن الأخرى. تبلغ درجة الانصهار حوالي 157 درجة مئوية. ومن الناحية الواقعية، هذا يعني أن الرقاقة تعمل بأمان في الظروف العادية. يتراوح سمك رقائق الإنديوم بين 25 و50 ميكرومترًا. وهذا حل وسط مُرضٍ بين المرونة ومستوى المادة الموصلة للحرارة.

خاصية أخرى مهمة للغاية هي أنها مقاومة للدورات الحرارية المتعددة. حتى في ظل ظروف الحرارة والتبريد المتكررة، تحافظ رقائق الإنديوم على أداء مستقر. ويفضل معظم المهندسين هذه المادة عندما يعملون على إلكترونيات عالية الموثوقية مع نطاقات درجات حرارة واسعة للتشغيل. تقلل صلابتها وليونتها من الضغط في المكونات الأخرى للتجميع.

التطبيقات كمادة واجهة حرارية

تعتبر رقائق الإنديوم شائعة في معظم التطبيقات التي يتم فيها التحكم في نقل الحرارة. في الأجهزة الإلكترونية ذات الطاقة العالية مثل معالجات الكمبيوتر ومضخمات الطاقة، تعمل الرقاقة على ملء الفجوة بين مصدر الحرارة ومشتت الحرارة. وهذا يسمح بتوزيع الحرارة بشكل متساوٍ وتحسين أداء الجهاز بشكل عام. تم استخدام رقائق الإنديوم من قبل المهندسين في إضاءة مصابيح LED حيث تكون إدارة الحرارة عاملاً مهمًا. وغالبًا ما يتم وضع الرقاقة بين مبيت التبريد وأشباه الموصلات.

وأحد الاستخدامات الأخرى هو الفضاء والمعدات العسكرية عالية الموثوقية. وتتطلب هذه الاستخدامات مادة لا تتحلل بمرور الوقت. توفر رقائق الإنديوم طول العمر وتظل تعمل بعد دورات الحرارة المتكررة. ومن الاستخدامات الأخرى في الأجهزة الطبية عندما يكون التحكم الدقيق في درجة الحرارة أمرًا مهمًا. يمكن لرقائق الإنديوم سد الثغرات الصغيرة في الأنظمة لتوفير نقل الحرارة بكفاءة.

ومن أفضل الأمثلة على ذلك استخدام رقائق الإنديوم في نظام تبريد الأقمار الصناعية. وفي هذه الحالة، تكون الإدارة المناسبة للحرارة مطلوبة بسبب بيئة الفضاء القاسية. كما تستفيد الإلكترونيات في البيئات القاسية من الخصائص الفريدة لرقائق الإنديوم. فهي تمكّن المكونات الحساسة من البقاء في مستويات حرارة آمنة على الرغم من الظروف القاسية.

المزايا مقارنة بمواد الواجهة الحرارية الأخرى

توفر رقائق الإنديوم عدداً من المزايا مقارنةً بمواد الواجهات الحرارية الأخرى . تتمثل إحدى المزايا الرئيسية في أنها توفر أداءً ثابتًا بمرور الوقت. لا تجف رقائق الإنديوم أو تترسب مثل بعض الشحوم والمعاجين عبر عدة دورات استخدام. وهي توفر الموثوقية، خاصة للأجهزة التي تولد مستويات عالية من الحرارة.

ومن المزايا الأخرى للمعدن أنه يتوافق مع الأسطح الخشنة. المواد الأخرى صلبة وقد تترك فجوات هوائية. وتقلل الفجوات الهوائية من كفاءة نقل الحرارة. أما نعومة رقائق الإنديوم فتسمح لها بسد هذه الفجوات ومطابقتها. وهذا يؤدي إلى تعزيز التوصيل الحراري بين الأسطح.

كما أن رقائق الإنديوم خالية من المعالجة الكيميائية. ليست هناك حاجة لانتظار المعجون حتى تتم معالجته، وبالتالي يتم توفير الوقت عند التجميع. الرقاقة جاهزة للاستخدام لحظة وضعها بين الأسطح. ويسمح أدائها المستقر على المدى الطويل واتساقها للمصممين بتصميم أنظمة ذات متغيرات أقل للقلق بشأنها.

الخلاصة

أثبتت رقائق الإنديوم بالفعل أنها مادة واجهة حرارية جديرة بالثقة. كما أن توصيلها الحراري العالي ونعومتها وموثوقيتها عند التدوير الحراري تجعلها ملائمة بشكل ممتاز للإلكترونيات والفضاء وغيرها من الاستخدامات الحرجة للمهام. إن مرونة المعدن في التوافق مع العيوب السطحية وسهولة إدراجه في التجميع تجعله يتفوق على أي مادة أخرى. تظل رقائق الإنديوم أداة موثوقة في حزام أدوات المهندس مع استمرار تطور التكنولوجيا، مما يوفر تحكمًا أفضل في درجة الحرارة وأداء أفضل للأجهزة.

الأسئلة المتداولة

س: ما هي الفائدة الرئيسية لرقائق الإنديوم في الإدارة الحرارية؟

س: إنها تمتلك موصلية حرارية عالية ويمكن أن تكون متوافقة مع الأسطح الخشنة.

و: ما هي السماكة النموذجية لرقائق الإنديوم المستخدمة في التطبيقات الحرارية؟

س: يبلغ سمكها عادةً من 25 إلى 50 ميكرومتر.

و: ما التطبيقات التي تُستخدم فيها رقائق الإنديوم عادةً كمادة واجهة حرارية؟

س: تُستخدم في الإلكترونيات عالية الطاقة وإضاءة LED والتطبيقات الفضائية والأقمار الصناعية.

المرجع

[1] وانغ، زنجفانغ ووو، زيجيان ووو، زيجيان ووونغ، لينغ وجي، شينغبو وجيانغ، داوي وهوانغ، مينا ومولفيهيل، دانيال وتشين، تشينغ قوه وجو، زانهو وجزار، عبد اللطيف وهي، شيمين وزانغ، شويهوا وشو، بن (2023). مراجعة خارطة طريق لمركبات البوليمر الموصلة للحرارة: العوامل الحرجة والتقدم والآفاق. المواد الوظيفية المتقدمة. 33. 10.1002/adfm.202301549.