Što je toplinski spoj?

U računalima, mnogi dijelovi mogu proizvoditi mnogo topline i trebaju hlađenje. CPU i GPU dva su primarna izvora topline. Općenito, oba trebaju aktivno hlađenje, čak iu kućištu s dobrim protokom zraka. RAM, SSD, VRAM, VRM i čipset proizvode priličnu količinu topline. Često se mogu izvući s pasivnim hlađenjem u kućištu s dobrim protokom zraka sve dok imaju hladnjak razumne veličine.

Svi ovi izvori topline hlade se prijenosom topline na aktivni ili pasivni hladnjak, a zatim hladnjak prenosi toplinu na zrak, koji se zatim uklanja iz kućišta. Proces je prilično temeljna fizika. Međutim, potreban je dobar kontakt za učinkovit prijenos topline. Dovođenje hladnjaka u dobar kontakt sa zrakom više je jednostavno nego trivijalno. Kao plin, zrak se savršeno prilagođava obliku hladnjaka. Jedino što treba uzeti u obzir je povećanje površine hladnjaka.

Međutim, postizanje dobrog kontakta između stvarnog dijela koji proizvodi toplinu i hladnjaka je složenije. Općenito, oba su dijela metalna, pa čak i ako su oba strojno obrađena i čvrsto spojena, rezultat nije savršen. Proces ravnanja može ostaviti mikroskopske brazde, dopuštajući malo zraka da uđe unutra koji zapravo izolira prijenos topline. Također, u nekim slučajevima, sila montiranja može uzrokovati da se jedan ili oba dijela ponovno lagano savijaju, što dovodi do lošeg kontakta i lošeg prijenosa topline.

Kako bi se ti problemi sveli na najmanju moguću mjeru, općenito se koristi termalna smjesa. Oni obično dolaze u četiri formata s različitim slučajevima upotrebe, prednostima i nedostacima. Općenito, krajnji korisnici moraju imati posla samo s jednom vrstom termalne smjese, termalnom pastom, pa su te dvije obično sinonimi.

Termalna pasta

Termalna pasta je vrsta termalne smjese koja se najčešće smatra. Također se može nazvati toplinska mast i TIM, skraćenica za Thermal Interface Material. Točne mješavine variraju, ali to je općenito polimerna pasta sa sitnim metalnim česticama. Namjera je da se mala količina stavi na površinu koju treba ohladiti.

Hladnjak se zatim postavlja ravno na vrh, prirodno ravnomjerno raspoređujući toplinsku pastu i ispunjavajući sve praznine, bez obzira koliko male bile. Za CPU standardne veličine, obično je dovoljna mrljica termalne paste veličine zrna graška za punu pokrivenost.

Termalna pasta obično dolazi u maloj štrcaljki, što olakšava nanošenje male količine na željeno područje. Neki, međutim, dolaze u vrećicama koje se teže nanose i općenito su prilično neuredne. Toplinska vodljivost se mjeri u W/mK ili vatima po metru Kelvina. Veći brojevi su bolji jer se može prenijeti više topline. Termalne paste obično nude oko 8 W/mK.

Kritično termalne paste – gotovo uvijek – nisu električno vodljive, što znači da nije važno ako se istisne mala količina. Ne može izazvati kratki spoj. Termalna pasta se obično koristi između CPU-a i njihovih hladnjaka te GPU-a i njihovih hladnjaka. Termalna pasta općenito se s vremenom suši i često će pokazati smanjene performanse nakon otprilike dvije godine. U ovom trenutku treba ga očistiti i ponovno nanijeti. Termalna pasta obično nema sposobnost lijepljenja.

Termalni jastučići

Termalni jastučići su u osnovi malene tanke spužve koje dobro provode toplinu. Općenito ne provode toplinu kao termalna pasta, dijelom zato što su gušće nego što pasta na kraju bude. Ovi termalni jastučići se lako nanose jer možete jasno vidjeti točno kakvu ćete pokrivenost dobiti. Jastučić ima tendenciju da bude malo ljepljiv, što otežava uklanjanje, posebno ako se jastučić raspadne.

Termalni jastučići nude sloj zaštite za komponente osjetljive na pritisak. Montažni pritisak ponekad može uzrokovati pucanje komponenti, osobito ako nisu sve komponente savršeno poravnate. Mala spužva termalnog jastučića omogućuje apsorpciju tog pritiska i pomaže izravnati komponente. Termalni jastučići obično se ne koriste za hlađenje CPU-a ili GPU-a.

Međutim, često se pojavljuju na VRAM-u, VRM-ovima, RAM-u i SSD-ovima. Ovi uređaji općenito ne emitiraju toliko topline. Dakle, smanjena toplinska vodljivost u usporedbi s pastom nije problem. Međutim, cijene se uštede.

Lemljenje TIM

CPU zapravo ima dva sloja hladnjaka. CPU matrica pokrivena je integriranim raspršivačem topline ili IHS. IHS se zatim hladi hladnjakom sa standardnim slojem termalne paste između njih. Kako bi se osigurao dobar kontakt IHS-a s maticom CPU-a, koristi se još jedan sloj toplinske smjese za optimalnu toplinsku vodljivost. U nekim scenarijima koristi se standardna termalna pasta. Međutim, površina je mala, što otežava prijenos topline.

U modernim procesorima, lem prenosi toplinu između CPU matrice i IHS-a. To se obično primjenjuje kao minijaturni list koji se stišće tijekom nanošenja IHS-a kako bi se stvorio dobar spoj. Kao metal, toplinska vodljivost lema je mnogo veća, oko 50 W/mK. Također je električki vodljiv, pa morate paziti da se obližnje komponente izoliraju.

Tekući metal

Neki entuzijasti i ekstremni overklokeri odlučuju se koristiti tekući metalni termalni spoj. Oni se temelje na galiju, metalnoj tekućini na sobnoj temperaturi. Međutim, općenito je legiran s drugim metalima. To znači da se može nanositi slično standardnoj termalnoj pasti.

Nudi izvrsnu toplinsku vodljivost, reda veličine 60W/mK. Njegovom upotrebom možete vidjeti pad temperature za više stupnjeva jer se toplina učinkovitije prenosi. Koliko god to zvučalo sjajno, postoji nekoliko poteškoća.

Prilikom korištenja tekućih metala treba biti jako oprezan. Prije svega, galijem se ne smije izravno rukovati. Tekući metal mnogo je manje gust od termalne paste, pa ga je potrebno puno manje koristiti. Električni je vodljiv, pa može uzrokovati kratke spojeve ako se prolije po komponentama.

Galij je također spektakularno korozivan za aluminij, što je nekompatibilno s hladnjakom na bazi aluminija. Tekuće metale je teško očistiti ako ih želite ponovno nanijeti. Tekući metalni toplinski spojevi ne bi se trebali koristiti osim ako ste vrlo iskusni i znate sve rizike koji dolaze s njima.

Zaključak

Toplinski spoj odnosi se na bilo koji oblik toplinskog sučelja materijala. Ovi materijali su dizajnirani da omoguće dobar fizički kontakt i visoku toplinsku vodljivost kako bi se osigurao učinkovit prijenos topline. U većini slučajeva termalna smjesa znači termalnu pastu, budući da je to obično jedini oblik s kojim krajnji korisnici imaju posla.

Dostupne su i druge vrste, s različitim prednostima i nedostacima. Učinkovitost se mjeri u toplinskoj vodljivosti s jedinicama W/mK. Više vrijednosti su bolje, ali treba uzeti u obzir i druge čimbenike poput jednostavnosti upotrebe i električne vodljivosti.