Kaj je toplotna spojina?

V računalnikih lahko številni deli proizvajajo veliko toplote in potrebujejo hlajenje. CPE in GPE sta primarna vira toplote. Na splošno oba potrebujeta aktivno hlajenje, tudi v ohišju z dobrim pretokom zraka. RAM, SSD, VRAM, VRM in nabor čipov proizvajajo precej toplote. Pogosto se lahko izognejo pasivnemu hlajenju v ohišju z dobrim pretokom zraka, če imajo hladilno telo primerne velikosti.

Vsi ti viri toplote se hladijo s prenosom toplote na aktivni ali pasivni hladilni odvod, nato pa hladilno telo prenese toploto na zrak, ki se nato odstrani iz ohišja. Proces je precej temeljna fizika. Vendar pa je za učinkovit prenos toplote potreben dober stik. Dober stik hladilnika z zrakom je bolj preprost kot trivialen. Kot plin se zrak popolnoma prilagaja obliki hladilnega telesa. Edino, kar je treba upoštevati, je povečanje površine hladilnega telesa.

Vendar pa je vzpostavitev dobrega stika med dejanskim delom, ki proizvaja toploto, in hladilnikom bolj zapletena. Na splošno sta oba dela kovinska in tudi če sta oba strojno obdelana in tesno povezana, rezultat ni popoln. Postopek sploščenja lahko pusti mikroskopske utore, ki pustijo nekaj zraka, ki dejansko izolira prenos toplote. Poleg tega lahko v nekaterih primerih sila namestitve povzroči, da se en ali oba dela spet rahlo upogneta, kar povzroči slab stik in slab prenos toplote.

Da bi zmanjšali te težave, se običajno uporablja toplotna spojina. Ti so običajno v štirih formatih z različnimi primeri uporabe, prednostmi in slabostmi. Na splošno imajo končni uporabniki opravka le z eno vrsto termalne spojine, termalno pasto, zato sta običajno sinonima.

Termalna pasta

Termalna pasta je najpogosteje mišljena vrsta termalne spojine. Lahko se imenuje tudi toplotna pasta in TIM, okrajšava za Thermal Interface Material. Natančne mešanice se razlikujejo, vendar je na splošno polimerna pasta z drobnimi kovinskimi delci. Namen je, da se majhna količina nanese na površino, ki jo želite ohladiti.

Hladilnik je nato postavljen ravno na vrh, pri čemer se termalna pasta naravno enakomerno razporedi in zapolni vse vrzeli, ne glede na to, kako majhne so. Za CPE standardne velikosti običajno za popolno pokritost zadostuje kepica termalne paste v velikosti grahovega zrna.

Termalna pasta je običajno v majhni brizgi, kar olajša nanos majhne količine na želeno področje. Nekateri pa so v vrečkah, ki jih je težje nanesti in so na splošno precej neurejeni. Toplotna prevodnost se meri v W/mK ali vatih na meter Kelvina. Višja števila so boljša, saj se lahko prenese več toplote. Termične paste običajno ponujajo približno 8 W/mK.

Kritično termalne paste – skoraj vedno – niso električno prevodne, kar pomeni, da ni pomembno, če se iztisne majhna količina. Ne more povzročiti kratkega stika. Termalna pasta se običajno uporablja med procesorji in njihovimi hladilniki ter grafičnimi procesorji in njihovimi hladilniki. Termalna pasta se na splošno sčasoma posuši in po približno dveh letih pogosto pokaže slabše delovanje. Na tej točki ga je treba očistiti in ponovno nanesti. Običajno termalna pasta nima lepilne sposobnosti.

Termalne blazinice

Termo blazinice so v bistvu drobne tanke gobice, ki dobro prevajajo toploto. Na splošno niso tako dobre kot toplotno prevodne kot termalna pasta, deloma zato, ker so debelejše, kot je pasta na koncu. Te termalne blazinice so preproste za uporabo, saj lahko jasno vidite, kakšno prekrivnost boste dobili. Blazinica je ponavadi rahlo lepljiva, kar oteži odstranitev, zlasti če blazinica razpade.

Toplotne blazinice nudijo plast zaščite za komponente, občutljive na pritisk. Montažni tlak lahko včasih povzroči, da komponente počijo, še posebej, če niso vse komponente popolnoma poravnane. Majhna goba termalne blazinice ji omogoča, da absorbira ta pritisk in pomaga izravnati komponente. Toplotne blazinice se običajno ne uporabljajo za hlajenje procesorjev ali grafičnih procesorjev.

Vendar se pogosto pojavljajo na VRAM-u, VRM-jih, RAM-u in SSD-jih. Te naprave običajno ne oddajajo toliko toplote. Zmanjšana toplotna prevodnost v primerjavi s pasto torej ni problem. Vendar pa so prihranki pri stroških cenjeni.

Spajka TIM

CPE ima dejansko dve plasti hladilnega telesa. Matrica CPE je pokrita z integriranim razpršilcem toplote ali IHS. IHS nato ohladi hladilno telo s standardno plastjo termalne paste med njima. Za zagotovitev, da ima IHS dober stik z matrico CPE, je za optimalno toplotno prevodnost uporabljen še en sloj toplotne spojine. V nekaterih primerih se uporablja standardna termalna pasta. Vendar je površina majhna, zaradi česar je prenos toplote težji.

V sodobnih procesorjih spajka prenaša toploto med matrico CPE in IHS. To se običajno uporablja kot miniaturna plošča, ki se med nanosom IHS stisne, da tvori dobro povezavo. Kot kovina je toplotna prevodnost spajke veliko višja, približno 50 W/mK. Je tudi električno prevoden, zato je treba paziti na izolacijo bližnjih komponent.

Tekoča kovina

Nekateri navdušenci in ekstremni overclockerji se odločijo za uporabo toplotne spojine iz tekoče kovine. Ti temeljijo na galiju, kovinski tekočini pri sobni temperaturi. Vendar pa je na splošno legiran z drugimi kovinami. To pomeni, da ga je mogoče nanašati podobno kot standardno termalno pasto.

Ponuja odlično toplotno prevodnost, reda 60 W/mK. Z njegovo uporabo lahko vidite padec temperature za več stopinj, saj se toplota učinkoviteje odvaja. Čeprav se to sliši odlično, obstaja več težav.

Pri uporabi tekočih kovin je potrebna velika previdnost. Prvič, z galijem se ne sme neposredno ravnati. Tekoča kovina je veliko manj gosta kot termalna pasta, zato jo je treba uporabiti veliko manj. Je električno prevoden, zato lahko povzroči kratek stik, če se razlije po komponentah.

Galij je tudi izjemno jedek za aluminij, kar ni združljivo s toplotnimi odvodi na osnovi aluminija. Tekoče kovine je težko očistiti, če jih želite ponovno nanesti. Tekoče kovinske toplotne spojine ne smete uporabljati, razen če ste zelo izkušeni in poznate vsa tveganja, ki jih prinašajo.

Zaključek

Toplotna spojina se nanaša na katero koli obliko materiala toplotnega vmesnika. Ti materiali so zasnovani tako, da zagotavljajo dober fizični stik in visoko toplotno prevodnost, da zagotovijo učinkovit prenos toplote. V večini primerov termalna zmes pomeni termalno pasto, saj je to običajno edina oblika, s katero imajo opravka končni uporabniki.

Na voljo pa so tudi druge vrste z drugačnimi prednostmi in slabostmi. Zmogljivost se meri v toplotni prevodnosti z enotami W/mK. Višje vrednosti so boljše, vendar je treba upoštevati tudi druge dejavnike, kot sta enostavna uporaba in električna prevodnost.