Co je tepelná sloučenina?

V počítačích může mnoho součástí produkovat velké množství tepla a potřebují chlazení. CPU a GPU jsou dva primární zdroje tepla. Obecně oba potřebují aktivní chlazení, a to i v případě s dobrým prouděním vzduchu. RAM, SSD, VRAM, VRM a čipová sada produkují značné množství tepla. Často jim stačí pasivní chlazení v případě s dobrým prouděním vzduchu, pokud mají přiměřeně velký chladič.

Všechny tyto zdroje tepla jsou chlazeny přenosem tepla do aktivního nebo pasivního chladiče, který následně přenáší teplo do vzduchu, který je následně odstraněn ze skříně. Tento proces je docela základní fyzikou. K účinnému přenosu tepla však vyžaduje dobrý kontakt. Přivést chladič tak, aby měl dobrý kontakt se vzduchem, je jednodušší než triviální. Jako plyn se vzduch čistý přizpůsobuje tvaru chladiče. Jediným hlediskem je maximalizace povrchové plochy chladiče.

Získání dobrého kontaktu mezi skutečnou částí produkující teplo a chladičem je však složitější. Obecně platí, že obě části jsou kovové, a i když jsou obě opracované naplocho a pevně drží pohromadě, výsledek není dokonalý. Proces zploštění může zanechat mikroskopické rýhy, čímž se dovnitř dostane trochu vzduchu, který ve skutečnosti izoluje přenos tepla. V některých případech může montážní síla způsobit opětovné mírné prohnutí jedné nebo obou částí, což vede ke špatnému kontaktu a špatnému přenosu tepla.

Pro minimalizaci těchto problémů se obecně používá tepelná směs. Ty se obvykle dodávají ve čtyřech formátech s různými případy použití, výhodami a nevýhodami. Obecně platí, že koncoví uživatelé potřebují pracovat pouze s jedním typem tepelné směsi, tepelnou pastou, takže oba jsou obvykle synonyma.

Termální pasta

Tepelná pasta je nejběžněji uvažovaným typem tepelné směsi. Může být také označován jako termální mazivo a TIM, zkratka pro Thermal Interface Material. Přesné směsi se liší, ale obecně se jedná o polymerovou pastu s drobnými kovovými částicemi. Záměrem je umístit malé množství na povrch, který má být ochlazen.

Chladič se pak umístí naplocho nahoru, čímž se tepelná pasta přirozeně rovnoměrně rozprostře a vyplní všechny mezery, bez ohledu na to, jak malé jsou. Pro CPU standardní velikosti obvykle stačí k plnému pokrytí kapka teplovodivé pasty o velikosti hrášku.

Termální pasta se obvykle dodává v malé injekční stříkačce, takže je snadné nanést malé množství na požadovanou oblast. Některé se však dodávají v sáčcích, které mohou být obtížněji aplikovatelné a jsou obecně dost chaotické. Tepelná vodivost se měří ve W/mK nebo wattech na metr Kelvina. Vyšší čísla jsou lepší, protože lze přenést více tepla. Tepelné pasty obvykle nabízejí kolem 8W/mK.

Rozhodující je, že tepelné pasty nejsou – téměř vždy – elektricky vodivé, což znamená, že nezáleží na tom, zda se vytlačí malé množství. Nemůže to způsobit zkrat. Tepelná pasta se obvykle používá mezi CPU a jejich chladiči a GPU a jejich chladiči. Tepelná pasta obecně časem vyschne a přibližně po dvou letech bude často vykazovat zhoršený výkon. V tomto okamžiku by měl být vyčištěn a znovu aplikován. Tepelná pasta obvykle nemá žádné lepicí schopnosti.

Tepelné podložky

Tepelné podložky jsou v podstatě drobné tenké houbičky, které dobře vedou teplo. Obecně nejsou tak dobré jako teplovodivé pasty, částečně proto, že jsou tlustší, než pasta nakonec je. Tyto termo podložky se snadno nanášejí, protože jasně vidíte, jaké pokrytí získáte. Podložka má tendenci být mírně přilnavá, což ztěžuje její odstranění, zvláště pokud se podložka rozpadne.

Tepelné podložky nabízejí vrstvu ochrany pro komponenty citlivé na tlak. Montážní tlak může někdy způsobit prasknutí součástí, zejména pokud nejsou všechny součásti dokonale vyrovnané. Malá houba tepelné podložky jí umožňuje absorbovat tento tlak a pomáhá vyrovnávat součásti. Tepelné podložky se obvykle nepoužívají k chlazení CPU nebo GPU.

Často se však vyskytují na VRAM, VRM, RAM a SSD. Tato zařízení obecně nevydávají tolik tepla. Takže snížená tepelná vodivost ve srovnání s pastou není problém. Úspora nákladů se však cení.

Pájka TIM

CPU má ve skutečnosti dvě vrstvy chladiče. Základní deska CPU je pokryta integrovaným tepelným rozvaděčem nebo IHS. IHS je poté chlazen chladičem se standardní vrstvou tepelné pasty mezi nimi. Aby byl zajištěn dobrý kontakt IHS s matricí CPU, je pro optimální tepelnou vodivost použita další vrstva tepelné směsi. V některých scénářích se používá standardní teplovodivá pasta. Povrch je však malý, což ztěžuje přenos tepla.

V moderních procesorech pájka přenáší teplo mezi matricí CPU a IHS. Obvykle se používá jako miniaturní list, který se během aplikace IHS zmáčkne, aby se vytvořilo dobré spojení. Jako kov je tepelná vodivost pájky mnohem vyšší, kolem 50 W/mK. Je také elektricky vodivý, takže je třeba dbát na izolaci okolních součástí.

Tekutý kov

Někteří nadšenci a extrémní overclockeři se rozhodnou použít tepelnou směs tekutého kovu. Ty jsou založeny na galliu, kovové kapalině při pokojové teplotě. Obvykle se však leguje s jinými kovy. To znamená, že může být aplikována podobně jako standardní teplovodivá pasta.

Nabízí vynikající tepelnou vodivost, řádově 60W/mK. Při jeho použití lze pozorovat několik stupňů poklesu teploty, protože teplo je efektivněji odváděno pryč. Jakkoli to zní skvěle, existuje několik problémů.

Při použití tekutých kovů je třeba dávat velký pozor. Za prvé, galliem by se nemělo přímo manipulovat. Tekutý kov je mnohem méně hustý než tepelná pasta, takže je potřeba ho použít mnohem méně. Je elektricky vodivý, takže pokud se vylije na součástky, může způsobit zkrat.

Gallium je také okázale korozivní pro hliník, který je nekompatibilní s chladiči na bázi hliníku. Tekuté kovy se obtížně čistí, pokud je chcete znovu použít. Tepelné směsi tekutých kovů by se neměly používat, pokud nejste velmi zkušení a neznáte všechna rizika, která s nimi souvisí.

Závěr

Tepelná sloučenina označuje jakoukoli formu materiálu tepelného rozhraní. Tyto materiály jsou navrženy tak, aby poskytovaly dobrý fyzický kontakt a vysokou tepelnou vodivost, aby bylo zajištěno účinné odvádění tepla pryč. Ve většině případů bude tepelná směs znamenat tepelnou pastu, protože to je obvykle jediná forma, se kterou se koncoví uživatelé zabývají.

Existují i ​​​​jiné typy, ale s různými výhodami a nevýhodami. Výkon se měří v tepelné vodivosti v jednotkách W/mK. Vyšší hodnoty jsou lepší, ale je třeba vzít v úvahu i další faktory, jako je snadnost použití a elektrická vodivost.