Čo je tepelná zlúčenina?

V počítačoch môže veľa častí produkovať veľa tepla a potrebujú chladenie. CPU a GPU sú primárne dva zdroje tepla. Vo všeobecnosti obe potrebujú aktívne chladenie, dokonca aj v prípade s dobrým prúdením vzduchu. RAM, SSD, VRAM, VRM a čipová súprava produkujú značné množstvo tepla. Často im stačí pasívne chladenie v prípade s dobrým prúdením vzduchu, pokiaľ majú primerane veľký chladič.

Všetky tieto zdroje tepla sa ochladzujú prenosom tepla do aktívneho alebo pasívneho chladiča a potom chladič prenesie teplo do vzduchu, ktorý sa potom odstráni z puzdra. Tento proces je celkom základná fyzika. Na účinný prenos tepla však vyžaduje dobrý kontakt. Priviesť chladič tak, aby mal dobrý kontakt so vzduchom, je jednoduchšie ako triviálne. Ako plyn sa vzduch čistý prispôsobuje tvaru chladiča. Jedinou úvahou je maximalizácia plochy chladiča.

Získanie dobrého kontaktu medzi skutočnou časťou produkujúcou teplo a chladičom je však komplikovanejšie. Vo všeobecnosti sú obe časti kovové, a aj keď sú obe opracované naplocho a pevne držané spolu, výsledok nie je dokonalý. Proces sploštenia môže zanechať mikroskopické drážky, čím sa dovnútra dostane trochu vzduchu, ktorý v skutočnosti izoluje prenos tepla. V niektorých prípadoch môže montážna sila spôsobiť opätovné mierne prehnutie jednej alebo oboch častí, čo vedie k slabému kontaktu a zlému prenosu tepla.

Na minimalizáciu týchto problémov sa vo všeobecnosti používa tepelná zmes. Tieto zvyčajne prichádzajú v štyroch formátoch s rôznymi prípadmi použitia, výhodami a nevýhodami. Vo všeobecnosti sa koncoví používatelia musia zaoberať iba jedným typom tepelnej zmesi, tepelnou pastou, takže tieto dva sú zvyčajne synonymá.

Termálna pasta

Tepelná pasta je najbežnejším typom tepelnej zmesi. Môže sa tiež označovať ako tepelné mazivo a TIM, skratka pre materiál tepelného rozhrania. Presné zmesi sa líšia, ale vo všeobecnosti je to polymérna pasta s malými kovovými časticami. Zámerom je umiestniť malé množstvo na povrch, ktorý sa má ochladzovať.

Chladič sa potom umiestni naplocho na vrch, čím sa tepelná pasta prirodzene rovnomerne rozloží a vyplní všetky medzery, bez ohľadu na to, aké malé sú. Pre CPU štandardnej veľkosti zvyčajne stačí kvapka tepelnej pasty o veľkosti hrášku, aby sa zabezpečilo úplné pokrytie.

Termálna pasta sa vo všeobecnosti dodáva v malej injekčnej striekačke, čo uľahčuje aplikáciu malého množstva na požadovanú oblasť. Niektoré sa však dodávajú vo vrecúškach, ktoré sa môžu ťažšie aplikovať a vo všeobecnosti sú dosť chaotické. Tepelná vodivosť sa meria vo W/mK alebo wattoch na meter Kelvin. Vyššie čísla sú lepšie, pretože je možné preniesť viac tepla. Tepelné pasty zvyčajne ponúkajú okolo 8 W/mK.

Rozhodujúce je, že tepelné pasty nie sú – takmer vždy – elektricky vodivé, čo znamená, že nezáleží na tom, či sa vytlačí malé množstvo. Nemôže spôsobiť skrat. Tepelná pasta sa zvyčajne používa medzi CPU a ich chladičmi a GPU a ich chladičmi. Tepelná pasta vo všeobecnosti časom vyschne a po približne dvoch rokoch bude často vykazovať zhoršený výkon. V tomto bode by sa mal vyčistiť a znova použiť. Tepelná pasta zvyčajne nemá žiadne lepiace schopnosti.

Tepelné podložky

Tepelné podložky sú v podstate drobné tenké špongie, ktoré dobre vedú teplo. Vo všeobecnosti nie sú také dobré ako teplovodivé pasty, čiastočne preto, že sú hrubšie ako pasta. Tieto termo podložky sa ľahko aplikujú, pretože jasne vidíte, aké krytie získate. Podložka má tendenciu byť mierne priľnavá, čo sťažuje jej odstránenie, najmä ak sa podložka rozpadne.

Tepelné podložky ponúkajú vrstvu ochrany pre komponenty citlivé na tlak. Montážny tlak môže niekedy spôsobiť prasknutie komponentov, najmä ak nie sú všetky komponenty dokonale vyrovnané. Malá špongia tepelnej podložky jej umožňuje absorbovať tento tlak a pomáha vyrovnávať komponenty. Tepelné podložky sa zvyčajne nepoužívajú na chladenie CPU alebo GPU.

Často sa však vyskytujú na VRAM, VRM, RAM a SSD. Tieto zariadenia vo všeobecnosti nevydávajú toľko tepla. Takže znížená tepelná vodivosť v porovnaní s pastou nie je problém. Úspora nákladov sa však cení.

Spájka TIM

Procesor má v skutočnosti dve vrstvy chladiča. Matica CPU je pokrytá integrovaným rozdeľovačom tepla alebo IHS. IHS je potom chladený chladičom so štandardnou vrstvou tepelnej pasty medzi nimi. Aby sa zabezpečil dobrý kontakt IHS s matricou CPU, na optimálnu tepelnú vodivosť sa používa ďalšia vrstva tepelnej zlúčeniny. V niektorých scenároch sa používa štandardná tepelná pasta. Plocha povrchu je však malá, čo sťažuje prenos tepla.

V moderných procesoroch spájka prenáša teplo medzi matricou CPU a IHS. Zvyčajne sa používa ako miniatúrny hárok, ktorý sa počas aplikácie IHS stlačí, aby sa vytvorilo dobré spojenie. Ako kov je tepelná vodivosť spájky oveľa vyššia, okolo 50 W/mK. Je tiež elektricky vodivý, takže je potrebné dbať na izoláciu blízkych komponentov.

Tekutý kov

Niektorí nadšenci a extrémni overclockeri sa rozhodnú použiť tekutú kovovú tepelnú zmes. Tie sú založené na gáliu, kovovej kvapaline pri izbovej teplote. Vo všeobecnosti sa však leguje s inými kovmi. To znamená, že sa dá aplikovať podobne ako štandardná teplovodivá pasta.

Ponúka vynikajúcu tepelnú vodivosť, rádovo 60 W/mK. Pri jeho použití môžete vidieť niekoľko stupňov poklesu teploty, pretože teplo sa odvádza efektívnejšie. Akokoľvek to znie skvele, je tu niekoľko ťažkostí.

Pri používaní tekutých kovov treba dávať veľký pozor. Po prvé, gálium by sa nemalo priamo manipulovať. Tekutý kov je oveľa menej hustý ako tepelná pasta, takže je potrebné použiť oveľa menej. Je elektricky vodivý, takže ak sa vyleje na komponenty, môže spôsobiť skrat.

Gálium je tiež mimoriadne korozívne pre hliník, ktorý nie je kompatibilný s chladičmi na báze hliníka. Tekuté kovy sa ťažko čistia, ak ich chcete znova použiť. Tekuté kovové tepelné zlúčeniny by sa nemali používať, pokiaľ nie ste veľmi skúsení a nepoznáte všetky riziká, ktoré s nimi súvisia.

Záver

Tepelná zlúčenina označuje akúkoľvek formu materiálu tepelného rozhrania. Tieto materiály sú navrhnuté tak, aby poskytovali dobrý fyzický kontakt a vysokú tepelnú vodivosť, aby sa zabezpečilo efektívne odvádzanie tepla. Vo väčšine prípadov bude tepelná zmes znamenať tepelnú pastu, pretože to je zvyčajne jediná forma, s ktorou sa koncoví používatelia stretávajú.

K dispozícii sú však aj iné typy s rôznymi výhodami a nevýhodami. Výkon sa meria v tepelnej vodivosti v jednotkách W/mK. Vyššie hodnoty sú lepšie, ale mali by sa zvážiť aj ďalšie faktory, ako je jednoduchosť použitia a elektrická vodivosť.