Hvad er termisk forbindelse?

I computere kan mange dele producere meget varme og har brug for afkøling. CPU'en og GPU'en er de to primære varmekilder. De har generelt begge brug for aktiv køling, selv i et tilfælde med god luftgennemstrømning. RAM, SSD'er, VRAM, VRM'er og chipsættet producerer en rimelig mængde varme. Ofte kan disse slippe afsted med passiv køling i et kabinet med god luftgennemstrømning, så længe de har en rimelig størrelse køleplade.

Alle disse varmekilder afkøles ved at overføre varme til en aktiv eller passiv køleplade og derefter lade kølepladen overføre varmen til luften, som så bliver fjernet fra kabinettet. Processen er ret grundlæggende fysik. Det kræver dog god kontakt at overføre varmen effektivt. At bringe kølepladen til at have god luftkontakt er mere ligetil end trivielt. Som en gas tilpasser luften sig til kølepladens form. Den eneste overvejelse er at maksimere overfladearealet af kølepladen.

Det er dog mere kompliceret at få en god kontakt mellem den egentlige varmeproducerende del og kølepladen. Generelt er begge dele metal, og selvom de begge er bearbejdet flade og holdt tæt sammen, er resultatet ikke perfekt. Udfladningsprocessen kan efterlade mikroskopiske riller, hvilket lader noget luft komme ind, som faktisk isolerer varmeoverførslen. Også i nogle tilfælde kan monteringskraften få den ene eller begge dele til at bøje lidt igen, hvilket fører til dårlig kontakt og dårlig varmeoverførsel.

For at minimere disse problemer anvendes generelt en termisk forbindelse. Disse kommer typisk i fire formater med forskellige use cases, fordele og ulemper. Generelt behøver slutbrugere kun at beskæftige sig med én type termisk forbindelse, termisk pasta, så de to er normalt synonyme.

Termisk pasta

Termisk pasta er den mest almindeligt tænkte type termisk forbindelse. Det kan også omtales som termisk fedt og TIM, en forkortelse for Thermal Interface Material. Præcise blandinger varierer, men det er generelt en polymerpasta med små metalliske partikler. Hensigten er, at en lille mængde placeres på overfladen, der skal køles.

Køleren placeres derefter fladt ovenpå, hvilket naturligt fordeler den termiske pasta jævnt og udfylder eventuelle huller, uanset hvor små de er. For en CPU i standardstørrelse er en klat termisk pasta typisk på størrelse med en ært nok til at give fuld dækning.

Termisk pasta kommer generelt i en lille sprøjte, hvilket gør det nemt at påføre en lille mængde på det område, du ønsker. Nogle kommer dog i poser, der kan være sværere at påføre og generelt er ret rodede. Termisk ledningsevne måles i W/mK, eller Watt pr. meter Kelvin. Højere tal er bedre, da mere varme kan overføres. Termiske pastaer tilbyder typisk omkring 8W/mK.

Kritisk termiske pastaer er - næsten altid - ikke elektrisk ledende, hvilket betyder, at det er ligegyldigt, hvis en lille smule presses ud. Det kan ikke forårsage en kortslutning. Termisk pasta bruges typisk mellem CPU'er og deres kølere og GPU'er og deres kølere. Termisk pasta tørrer generelt ud over tid og vil ofte vise forringet ydeevne efter omkring to år. På dette tidspunkt skal det renses af og påføres igen. Typisk har termisk pasta ikke nogen klæbende egenskaber.

Termiske puder

Termiske puder er dybest set bittesmå tynde svampe, der leder varme godt. De er generelt ikke så gode til at lede varme som termisk pasta, dels fordi de er tykkere end pastaen ender med at blive. Disse termiske puder er nemme at påføre, fordi du tydeligt kan se præcis hvilken dækning du får. Puden har en tendens til at være let klæbende, hvilket gør det vanskeligt at fjerne, især hvis puden går i stykker.

Termiske puder tilbyder et lag af beskyttelse til trykfølsomme komponenter. Monteringstryk kan nogle gange få komponenter til at revne, især hvis ikke alle komponenter er helt i vater. Den lille svamp på en termisk pude gør det muligt for den at absorbere det tryk og hjælper med at udjævne komponenterne. Termiske puder bruges typisk ikke til at køle CPU'er eller GPU'er.

De findes dog ofte på VRAM, VRM'er, RAM og SSD'er. Disse enheder udsender generelt ikke så meget varme. Så den reducerede varmeledningsevne sammenlignet med pasta er ikke et problem. Omkostningsbesparelserne er dog værdsat.

Lod TIM

En CPU har faktisk to lag af kølepladen. CPU-matricen er dækket af en integreret varmespreder eller IHS. IHS afkøles derefter af kølepladen med et standard termisk pastalag mellem dem. For at sikre, at IHS har god kontakt med CPU-matricen, bruges endnu et lag af termisk forbindelse for optimal varmeledningsevne. I nogle scenarier bruges standard termisk pasta. Overfladearealet er dog lille, hvilket gør varmeoverførslen sværere.

I moderne processorer overfører loddemetal varme mellem CPU-matricen og IHS. Dette påføres typisk som et miniatureark, der bliver klemt under påføringen af ​​IHS for at danne en god forbindelse. Som et metal er den termiske ledningsevne af loddemetal meget højere, omkring 50W/mK. Det er også elektrisk ledende, så man skal sørge for at isolere komponenter i nærheden.

Flydende metal

Nogle entusiaster og ekstreme overclockere vælger at bruge en flydende termisk metalforbindelse. Disse er baseret på gallium, en metalvæske ved stuetemperatur. Det er dog generelt legeret med andre metaller. Det betyder, at den kan påføres på samme måde som standard termisk pasta.

Den tilbyder fremragende varmeledningsevne i størrelsesordenen 60W/mK. Brug af det kan se flere grader af temperaturfald, da varme overføres mere effektivt væk. Hvor meget det end lyder godt, er der flere vanskeligheder.

Der skal udvises stor forsigtighed ved brug af flydende metaller. Først og fremmest bør gallium ikke håndteres direkte. Flydende metal er meget mindre tæt end termisk pasta, så meget mindre skal bruges. Det er elektrisk ledende, så det kan forårsage kortslutninger, hvis det spilder ud på komponenter.

Gallium er også spektakulært ætsende for aluminium, hvilket er uforeneligt med aluminiumbaserede køleplader. Flydende metaller er svære at rense af, hvis du vil påføre dem igen. Flydende metal termiske forbindelser bør ikke bruges, medmindre du er meget erfaren og kender alle de risici, der følger med dem.

Konklusion

Termisk forbindelse refererer til enhver form for termisk grænseflademateriale. Disse materialer er designet til at give god fysisk kontakt og høj varmeledningsevne for at sikre, at varme effektivt kan overføres væk. I de fleste tilfælde vil den termiske forbindelse betyde termisk pasta, da dette typisk er den eneste form, som slutbrugerne beskæftiger sig med.

Andre typer er tilgængelige, dog med forskellige fordele og ulemper. Ydeevnen måles i termisk ledningsevne med enhederne W/mK. Højere værdier er bedre, men andre faktorer såsom brugervenlighed og elektrisk ledningsevne bør også tages i betragtning.