Čo je tepelné tuk?Vlastnosti a použitia

Tepelné mazivo pomáha prenášať teplo medzi horúcimi časťami, ako sú CPU a GPU a ich chladiace jednotky, zvyčajne chladiace drezy.Tento článok sa zameriava na dôležitú úlohu tepelného tuku, ktorý pokrýva jeho zloženie, vlastnosti a ako ho používať na zabezpečenie dobrého prenosu tepla.Budeme diskutovať o rôznych druhoch tepelného tuku, vrátane silikónu, kovu, keramiky, uhlíka a tekutého kovu a ako každý z nich vyhovuje špecifickým potrebám.Článok tiež vysvetľuje správny spôsob, ako aplikovať tepelné tuky na CPU, vyhnúť sa spoločným chybám a mýtom, aby ukázal svoju širokú úlohu pri udržiavaní stabilných a efektívnych elektronických zariadení.

Katalóg

Obrázok 1: Tepelné tuk

Ako zvyšuje tepelné tuky vedenie tepla?

Tepelné tuk, bežne známy ako tepelná pasta, je dôležitý pri riadení tepla v elektronických zariadeniach.Jeho primárnou funkciou je zvýšenie prenosu tepla z horúcej komponentu, ako je CPU alebo GPU, do chladnejšieho, ako je napríklad chladič, vyplnením vzduchových medzier medzi ich povrchmi.Na molekulárnej úrovni niekoľko mechanizmov vysvetľuje, ako tepelné tuk zlepšuje vedenie tepla:

Povrchy zdroja tepla (napr. CPU) a chladiča sa javia hladko voľným okom, ale sú vlastne drsné a nedokonalé v mikroskopickej stupnici.Tieto nedokonalosti vytvárajú malé vzduchové medzery, keď sa povrchy dostanú do styku, a keďže vzduch je zlým vodičom tepla, tieto medzery bránia tepelnému prenosu.Termálne tuk vyplňuje tieto medzery, čím nahradí vzduch materiálom, ktorý má oveľa vyššiu tepelnú vodivosť, čím zvyšuje účinnosť prenosu tepla.

Tepelné tuk je vyrobené zo základného materiálu, ako je silikón alebo syntetický olej zmiešaný s tepelne vodivými časticami, ako sú kovy, keramika alebo uhlík.Tieto častice tvoria sieť dráh vedenia tepla cez mastnotu, čo umožňuje tepla, ktoré sa efektívnejšie pohybujú ako samotný základný materiál.Táto sieť zvyšuje celkovú tepelnú vodivosť rozhrania.

Účinnosť prenosu tepla cez rozhranie je nepriamo úmerná jeho tepelnej odolnosti.Zlepšenie kontaktu medzi zdrojom tepla a umývadlom a poskytovaním vodivejšieho média tepelné tuk znižuje tepelný odpor na rozhraní.To má za následok efektívnejšie rozptyl tepla.

Typy tepelných tukov

Silikónové tuky: Jedná sa o najčastejšie používané tepelné tuky na všeobecné účely.Obsahujú silikónové oleje zmiešané s kovovými alebo keramickými vodivými časticami, ako je oxid zinočnatý alebo oxid hlinitý.Sú nákladovo efektívne a ponúkajú miernu tepelnú vodivosť.

Obrázok 2: masť založené na silikóne

Kovové tuky: Tieto tuky obsahujú kovové častice, ako je striebro, hliník alebo meď, ktoré sú vynikajúcimi tepelnými vodičmi.Kovové tuky poskytujú vyššiu tepelnú vodivosť ako tie, ktoré sú založené na silikóne a sú ideálne pre vysoko výkonné aplikácie, napríklad v herných počítačoch alebo serveroch.

Obrázok 3: Mastá na báze kovov

Keramické tuky: Tieto tuky neobsahujú kovové častice a sú zložené z keramických vodičov, ako je nitrid hlinitý, nitrid bóru alebo karbid kremíka.Keramické tuky sú neelektricky vodivé, čo ich robí dobrými pre aplikácie, kde by elektrická vodivosť mohla predstavovať riziko.

MASES na báze uhlíka: vrátane grafitého alebo diamantového prášku, tieto tuky využívajú vysokú tepelnú vodivosť uhlíkových materiálov.Diamantový prášok ponúka vynikajúcu tepelnú vodivosť a používa sa v aplikáciách vyžadujúcich výnimočné rozptyl tepla.

Obrázok 4: Mastá na báze uhlíka

Tekuté kovové tuky: Tieto tuky, ktoré zahŕňajú zliatiny, ako je gallium, sa môže pochváliť vysokou tepelnou vodivosťou a používajú sa v aplikáciách extrémneho výkonu.Sú však elektricky vodivé a potenciálne korozívne voči hliníku, čo si vyžaduje starostlivé uplatňovanie.

Obrázok 5: Mastá z tekutých kovov

Správne uplatňovanie tepelného tuku na CPU

Krok 1: Zhromaždite svoje materiály

Predtým, ako začnete, uistite sa, že máte:

• Termálne tuk

• Izopropylalkohol (najmenej 70%)

• handrička alebo kávový filter bez vložiek

• Plastová karta (voliteľná, na šírenie pasty)

• CPU a chladič

Krok 2: Pripravte pracovný priestor

Postavte sa v čistom, bezprášnom a dobre osvetlenom priestore.Uzemnite sa, aby ste sa vyhli statickému poškodeniu komponentov.Používajte protistatický remienok na zápästie alebo pravidelne sa dotknite uzemneného kovového objektu.

Krok 3: Vyčistite povrch CPU

Ak vymeníte starú tepelnú pastu alebo vyčistite nový procesor, dôkladne vyčistite povrch.Trhnite handričku bez vädnutia izopropylalkoholom a jemne utrite povrch CPU.Nechajte ho úplne vyschnúť.

Obrázok 6: Čistenie povrchov CPU a chladiča

Krok 4: Aplikujte tepelné tuk

Naneste malé množstvo tepelného tuku - o veľkosti hrachu alebo tenkej čiary cez stredisko CPU.Príliš veľa alebo príliš málo môže spôsobiť problémy.

Obrázok 7: Aplikácia tepelného tuku

Krok 5: Rozložte pastu (voliteľné)

Pre dokonca aj pokrytie môžete šíriť pastu plastovou kartou.Buďte opatrní, aby ste sa vyhli príliš veľkému množstvu pasty a vytvárania vzduchových bublín.

Krok 6: Nainštalujte chladič CPU

Vložte chladič na CPU rovnomerne.Mierne stlačte, aby ste zaistili dobrý kontakt s tepelnou pastou, a potom zaistite chladič podľa pokynov výrobcu.Vyvarujte sa krútenia alebo posúvaniu chladiča, aby ste zabránili vzduchovým vreckám.

Krok 7: Pripojte chladič k napájaniu

Pripojte chladič do hlavičky ventilátora CPU základnej dosky, aby ste ho napájali.

Obrázok 8: Pripojenie ventilátora CPU k základnej doske

Krok 8: Otestujte systém

Vypnite svoj systém.Zadajte systém BIOS, aby ste skontrolovali, či sa teplota CPU nachádza normálne a či je ventilátor CPU rozpoznávaný a fungovanie.Monitorujte teplotu CPU pri zaťažení, aby ste zaistili, že všetko funguje podľa očakávania.

Obrázok 9: Otestujte systém

Bežné chyby a mýty pri aplikácii tepelného tuku

• Aplikácia príliš veľa tepelného tuku

Bežná mylná predstava je, že viac tepelnej pasty vedie k lepšiemu chladeniu.Účelom tepelného tuku je v skutočnosti naplniť mikroskopické nedokonalosti na povrchoch CPU a chladiča, aby sa zlepšilo vedenie tepla.Nie je určený na to, aby pôsobil ako primárny vodič tepla.Nadmerná aplikácia môže izolovať zdroj tepla, čím sa zníži účinnosť prenosu tepla.Ideálna je tenká, rovnomerne roztiahnutá vrstva okolo hrúbky listu papiera alebo malá bodka veľkosti hrachu v strede, ktorá sa šíri pod tlakom chladiča.

• Opätovné použitie starého tepelného tuku

Ďalšou bežnou chybou je opätovné použitie starého tepelného tuku po rozobraní chladiča alebo meniacim sa komponentom.Použité tepelné tuk môže vyschnúť a stratiť svoju tepelnú vodivosť.Ak sú komponenty oddelené, je najlepšie úplne vyčistiť starú pastu a naneste čerstvú vrstvu, aby sa zabezpečilo optimálny tepelný kontakt.

• Používanie nesprávnych typov tepelného tuku

Rôzne tepelné tuky sú navrhnuté pre konkrétne aplikácie a podmienky.Niektoré pasty obsahujú zlúčeniny na báze kovov a sú elektricky vodivé, predstavujú riziko, ak sa šíria na elektrické komponenty a spôsobujú skrat.Vyberte si nevodivú pastu na všeobecné použitie, pokiaľ si nie ste istí vlastnosťami vodivosti produktu a jeho bezpečnej aplikácii.

• Veriť, že všetky tepelné pasty sú rovnaké

Existuje mýtus, že všetky tepelné pasty fungujú rovnako dobre, takže na voľbe nezáleží.V skutočnosti sa tepelné pasty líšia v zložení - niektoré zahŕňajú striebro alebo keramické častice na zvýšenie tepelnej vodivosti.Tieto rozdiely môžu ovplyvniť výkon, najmä pri vysoko výkonných výpočtových tepelných manažmentoch.Výskum a výber pasty, ktorá vyhovuje vašim konkrétnym potrebám a rozpočtu, stojí za to.

• Ignorovanie metód aplikácie

Účinnosť tepelnej pasty môže byť výrazne ovplyvnená tým, ako správne sa uplatňuje.Bežné metódy zahŕňajú metódy bodky, čiary a šírenia.Každá z nich má výhody v závislosti od typu procesora a dizajnu chladiča.Napríklad CPU s viacerými jadrami môžu mať úžitok z metódy linky, čo by zabezpečilo, že všetky jadrá majú dostatočné pokrytie.Pochopenie najvhodnejšej metódy aplikácie pre váš hardvér zaisťuje efektívne pokrytie bez pretečenia.

• Zanedbanie prípravy povrchov

Správne príprava povrchov CPU a chladiča pred nanesením tepelného tuku sa často prehliada.Prach, olej alebo zvyšky môžu vytvoriť bariéru, ktorá inhibuje efektívny prenos tepla.Pred nanesením pasty sa obidva povrchy čistí handričkou bez vločiek a izopropylalkoholom, aby sa zabezpečilo, že sú čisté a suché.

Úloha tepelného maziva

Nasledujúca tabuľka porovnáva tepelný výkon procesora s a bez použitia tepelného tuku.

Aspekt	Bez tepelného tuku	S tepelným mazivom
Zahrievať Účinnosť prenosu	Kontakt Medzi procesorom a chladom je menej účinný v dôsledku mikroskopických nedokonalosti a medzery v vzduchu, čo vedie k suboptimálnej tepelnej vodivosti a Vyšší tepelný odpor.	Vyplniť mikroskopické vzduchové medzery medzi procesorom a chladičom, zlepšovanie tepelného vodivosť a znižovanie tepelného odporu.
Teplota Regulácia	Vyšší prevádzkové teploty	Znížiť prevádzkové teploty
	Tepelný Škrtenie: vyššia pravdepodobnosť zníženia výkonnosti, aby sa zabránilo prehriatiu	Vylepšený Výkon: Znížené tepelné škrtenie
	Znížený Životnosť komponentov: predĺžené vysoké teploty skracujú životnosť	Zvýšený Životnosť: lepší rozptyl tepla zvyšuje životnosť komponentov
	Systém Stabilita: Vyššie teploty spôsobujú nehody alebo neočakávané vypnutie	Stabilita: Cooler procesor funguje spoľahlivejšie, znižuje nehody alebo vypnutie
Celkový Výkonnosť	Znížený Schopnosť udržiavať vysoké rýchlosti hodín	Viac stabilný systém
	Znížený celková účinnosť	Trvať maximálny výkon na dlhšie obdobia
	Viditeľný Pokles užívateľskej skúsenosti počas výpočtových úloh a hier	Prospešný Pre úlohy výkonu vysokého spracovania, ako je hranie a úpravy videa
		Hladší Výkon a potenciálne dlhšie intervaly medzi vylepšeniami hardvéru
Kvantitatívny Analýza	Nečinný Teplota: 40 ° C	Nečinný Teplota: 35 ° C
	Načítať Teplota: 85 ° C	Načítať Teplota: 70 ° C
	Tepelný Odpor: 0,5 ° C/W	Tepelný Odpor: 0,2 ° C/W

Zloženie a vlastnosti tepelného tuku

Chemické zloženie

Tepelné mazivo sa skladá zo základného materiálu, buď silikónu alebo ne-silikónu, zmiešaného s vodivými plnivami.Tieto voľby ovplyvňujú jeho tepelnú a elektrickú vodivosť a ďalšie fyzikálne vlastnosti.

Základný materiál

Mastiky na báze silikónov sú populárne pre ich tepelnú stabilitu a odolnosť proti rozkladu v širokom teplotnom rozsahu.Poskytujú tiež dobrú elektrickú izoláciu, vďaka čomu sú ideálne pre aplikácie, ktoré potrebujú túto vlastnosť.

Neolikónové bázy, ako sú syntetické oleje alebo estery, sa používajú, keď sú dôležité nízke krvácanie a nízka miera odparovania.Sú uprednostňované v scenároch, kde by mohla byť problematická kontaminácia silikónov, napríklad v optických alebo automobilových aplikáciách.

Vodivé výplne

Oxidy kovov, ako je oxid zinočnatý a oxid hlinitý, sa bežne používajú, pretože vyrovnajú tepelnú vodivosť s elektrickou izoláciou.

Kovové plnivá, vrátane častíc striebro, hliníka a medi, zvyšujú tepelnú vodivosť, ale tiež zvyšujú elektrickú vodivosť, ktorá nie je vhodná pre všetky aplikácie.

Materiály na báze uhlíka, ako sú grafit a uhlíkové nanotrubice, ako aj keramické častice, sa používajú na vysokú tepelnú vodivosť bez rizika elektrického vedenia.

Fyzické vlastnosti

Tepelná vodivosť: To meria schopnosť materiálu prenášať teplo.Tepelné tuky majú tepelné vodivosti od 0,5 do 10 W/MK, pričom špecializované typy dosahujú vyššie hodnoty.Vyššia tepelná vodivosť znamená efektívnejší prenos tepla.

Viskozita: Viskozita ovplyvňuje, ako ľahko sa dá aplikovať tuk a hrúbka vrstvy vytvorenej medzi povrchmi.Nižšia viskozita mastely sa ľahko šíria a vyhovujú tenkým aplikáciám, zatiaľ čo tuky s vyššou viskozitou sú lepšie pre väčšie medzery alebo hrubé povrchy.

Tepelná impedancia: Tepelná impedančná meria odpor proti tepelnému toku, berúc do úvahy tepelnú vodivosť a hrúbku mastnice.Nižšia tepelná impedancia je lepšia pre efektívny prenos tepla.

Rozsah prevádzkovej teploty: Teplotný rozsah tukov sa musí zhodovať s prevádzkovými podmienkami zariadenia alebo strojov.Niektoré tuky sú navrhnuté pre extrémne teploty, nízke aj vysoké.

Trvanlivosť: V priebehu času môže tepelné tuky vyschnúť, stvrdnúť alebo migrovať z oblasti aplikácie, čím sa znižuje účinnosť.Formulácia mastnoty ovplyvňuje jeho trvanlivosť a ako často je potrebné znovu použiť.

Rôzne metódy na použitie tepelného tuku

Automatizované dispenzačné systémy

Automatizované dispenzačné systémy zabezpečujú konzistentné a presné uplatňovanie tepelného tuku v profesionálnom prostredí.Tieto systémy môžu byť naprogramované tak, aby vydávali presné množstvo pasty požadovanej v konkrétnom mieste na CPU alebo GPU, čo minimalizuje ľudské chyby a zmeny hrúbky aplikácie.Táto automatizácia tiež urýchľuje proces montáže vo výrobných prostrediach.

Obrázok 10: Automatizovaný dispingový systém

Aplikácia

Pokročilá metóda zahŕňa použitie laserovej technológie.Lasery pred aplikáciou mierne zahrievajú tepelnú mazivo, čím sa jej viskozita znížila rovnomernejšie roztiahnutie po povrchu čipu.Táto technika je obzvlášť užitočná pre silnejšie pasty alebo ak je potrebná presnosť.

Techniky obrazovky

Prispôsobená z priemyslu výroby elektroniky, obrazovka sa účinne uplatňuje tepelná pasta.Maska definuje oblasť aplikácie a nástroj podobný stlačeniu roztiahne pastu rovnomerne cez masku, čím zabezpečuje rovnomernú vrstvu s presnými hranami.Táto metóda je najlepšia na zostavenie viacerých procesorov súčasne.

Obrázok 11: Aplikácia tepelného tuku prostredníctvom obrazovky

Presné metódy šablón

Metódy šablóny zahŕňajú umiestnenie šablóny na CPU alebo GPU s otvormi, kde by sa mala aplikovať pasta.Tepelné mazivo sa rozprestiera na šablón a prebytok sa odstráni, čím sa zaisťuje konzistentná hrúbka a tvar aplikovanej pasty.

Obrázok 12: Metóda šablóny

Aplikácia materiálu na zmenu fázy

Materiály na zmenu fázy (PCMS) topia a tuhujú pri špecifických teplotách, absorbujú alebo uvoľňujú teplo v procese.PCM je možné aplikovať ako vankúšiky alebo listy, ktoré sa pri zahrievaní roztavia a prispôsobujú sa povrchu čipu.Aj keď to nie je tradičná pasta, PCM ponúka inovatívnu alternatívu a poskytuje konzistentnú tepelnú vodivosť bez neporiadku kvapalných zlúčenín.

Ultrazvuková aplikácia

Ultrazvuková aplikácia používa vibrácie na rovnomerné rozdelenie tepelnej pasty cez povrch čipu.Táto technika je ideálna na dosiahnutie mikro-tenkej vrstvy pasty v prostredí s vysokou presnosťou.Pomáha tiež eliminovať vzduchové bubliny, ktoré môžu brániť tepelnej vodivosti.

Trojrozmerná tlač tepelných zlúčenín

Vznikajúca technológia umožňuje 3D tlač tepelných zlúčenín, čo umožňuje presné ukladanie tepelnej pasty v vzorcoch, ktoré optimalizujú prenos tepla.Úpravou geometrie aplikácie pasty podľa tepelného výstupu rôznych oblastí čipov by táto metóda mohla v budúcnosti revolúciou v aplikácii materiálov tepelného rozhrania.

Záver

Tepelné tuk je dobré na riadenie tepla v elektronických zariadeniach, čo výrazne ovplyvňuje, ako dobre fungujú, aké spoľahlivé sú a ako dlho vydržia.Tento článok zdôrazňuje dôležitosť výberu správneho tepelného tuku skúmaním rôznych typov a toho, ako sa uplatňujú.Pochopenie toho, ako funguje tepelný tuk, zlepšením tepelných dráh, znížením tepelného odporu alebo zvýšením prenosu tepla ukazuje jeho úlohu pri navrhovaní a udržiavaní elektroniky.Nové aplikačné metódy, ako sú automatizované systémy, techniky podporované laserom a 3D tlač tepelných zlúčenín, naznačujú budúcnosť, v ktorej je možná presná a efektívna tepelná správa.Ako technologický pokrok, prebiehajúci výskum v tepelnom mastnote, zabezpečuje, aby elektronické zariadenia fungovali nad rámec očakávaní v rýchlo sa rozvíjajúcom technologickom svete.

Často kladené otázky [FAQ]

1. Aký je rozdiel medzi tepelným gélom a tepelným tukom?

Tepelný gél a tepelné tuky sú materiály používané na zvýšenie prenosu tepla medzi komponentmi, ako je procesor počítača a jeho chladič.Hlavný rozdiel spočíva v ich fyzických vlastnostiach a metódach aplikácie.Tepelné tuk je viskózna pasta, ktorá vyžaduje manuálnu aplikáciu, ktorá zaisťuje, že sa rovnomerne šíri, aby vyplnila mikroskopické medzery medzi povrchmi.Na druhej strane tepelný gél často prichádza v vopred aplikovaných vankúšikov alebo ako polotuhá, ktorá sa ľahšie manipuluje a aplikuje, ale nemusí vždy poskytnúť ako účinnú vrstvu prenosu tepla kvôli svojej preddefinovanej hrúbke a menšej flexibilite pri plnenínerovnomerné povrchy.

2. Kam dávaš tepelné tuk?

Pred pripevnením chladiaceho zariadenia ako chladiaci blok alebo chladiaci blok tekutiny alebo chladiace chladiča tekutiny alebo chladiaceho bloku tekutiny alebo chladiaceho chladiča.Naneste tenkú, rovnomernú vrstvu priamo na povrch čipu, kde sa generuje teplo.Táto vrstva pôsobí ako médium na efektívne prenos tepla z čipu do chladiča, čím optimalizuje výkon zariadenia znížením jeho prevádzkovej teploty.

3. Aké sú nevýhody tepelného tuku?

Aplikácia tepelného tuku môže byť chaotické.Vyžaduje si presnosť a každá nadmerná aplikácia môže viesť k rozliatiu na iné komponenty.

V priebehu času môže tepelné tuky vyschnúť, stratiť svoju tepelnú vodivosť alebo dokonca uniknúť z povrchov, čo si vyžaduje opakovanie.

Niektoré tepelné tuky obsahujú vodivé materiály, ktoré by, ak by sa použili nesprávne, mohli viesť k skratom alebo poškodeniu elektronických komponentov.

4. Ako dlho je tepelné tuky dobré?

Účinnosť tepelného tuku trvá medzi 3 až 5 rokmi v závislosti od kvality tuku a podmienok, za ktorých zariadenie funguje.Postupom času môže vyschnúť alebo degradovať v dôsledku tepelných cyklov, ktoré prechádza, čo znižuje jeho účinnosť pri prenose tepla.Je vhodné skontrolovať a nahradiť tepelné tuky, ak teploty zariadenia začnú zvyšovať neobvykle alebo ak zariadenie bolo v prevádzke už niekoľko rokov.

5. Ako ukladáte tepelné tuk?

Aby sa zabezpečilo, že tepelná mazivo si zachováva svoju účinnosť, uložte ho na chladnom a suchom mieste mimo priameho slnečného žiarenia.Vrch maziva by sa malo bezpečne utiahnuť, aby sa zabránilo vstupu vzduchu a sušeniu mastnoty.Udržujte ho vo zvislej polohe, aby ste predišli únikom, a zabezpečte, aby jeho zloženie zostalo konzistentné pre optimálnu aplikáciu, keď sa použije pri ďalšom použití.Vyhnite sa extrémnym teplotám, pretože môžu zmeniť chemickú štruktúru mastnoty, čo ovplyvňuje jeho výkon.