2024/07/10 473

Kas yra šiluminis tepalas?Savybės ir naudojimas

Šilumos tepalai padeda perkelti šilumą tarp karštų dalių, tokių kaip CPU ir GPU, ir jų aušinimo įrenginius, paprastai šilumos kriaukles.Šiame straipsnyje nagrinėjamas svarbus šiluminio tepalo vaidmuo, apimantis jo sudėtį, savybes ir tai, kaip jį naudoti norint užtikrinti gerą šilumos perdavimą.Mes aptarsime įvairių rūšių šiluminius riebalus, įskaitant silikoną, metalą, keramiką, anglies pagrindu ir skystą metalą ir tai, kaip kiekvienas patenkina specifinius poreikius.Straipsnyje taip pat paaiškinamas tinkamas būdas pritaikyti šiluminius tyrimus ant procesorių, vengiant bendrų klaidų ir mitų, kad būtų parodytas platus jo vaidmuo palaikant stabilius ir efektyvius elektroninius prietaisus.

Katalogas

1 paveikslas: šiluminis tepalas

Kaip šiluminiai tepalai padidina šilumos laidumą?

Šilumos tepalas, paprastai žinomas kaip šiluminė pasta, yra svarbi valdant šilumą elektroniniuose prietaisuose.Pagrindinė jo funkcija yra padidinti šilumos perdavimą iš karštesnio komponento, pavyzdžiui, centrinio procesoriaus ar GPU, į vėsesnį, pavyzdžiui, šilumos kriauklę, užpildant oro tarpus tarp jų paviršių.Molekuliniame lygmenyje keli mechanizmai paaiškina, kaip šilumos riebalai pagerina šilumos laidumą:

Šilumos šaltinio paviršiai (pvz., CPU) ir šilumos kriauklė atrodo lygi plika akimi, tačiau iš tikrųjų yra grubūs ir netobuliu mikroskopine skalėje.Šie trūkumai sukuria mažus oro tarpus, kai paviršiai liečiasi, ir kadangi oras yra prastas šilumos laidininkas, šios spragos trukdo šiluminiam perdavimui.Šilumos riebalai užpildo šias spragas, pakeisdamas orą medžiaga, kurios šilumos laidumas yra daug didesnis, taip padidindamas šilumos perdavimo efektyvumą.

Šilumos tepalai gaminami iš bazinės medžiagos, tokios kaip silikonas ar sintetinis aliejus, sumaišytas su termiškai laidžiomis dalelėmis, tokiomis kaip metalai, keramika ar anglis.Šios dalelės sudaro šilumos laidumo kelių tinklą per tepalą, leisdamos šilumą važiuoti efektyviau nei per bazinę medžiagą.Šis tinklas padidina bendrą sąsajos šilumos laidumą.

Šilumos perdavimo per sąsają efektyvumas yra atvirkščiai proporcingas jos šiluminiam pasipriešinimui.Pagerinus šilumos šaltinio ir kriauklės kontaktą ir užtikrinant laidžią terpę, šiluminis tepalas sumažina šiluminį atsparumą sąsajoje.Tai lemia veiksmingesnį šilumos išsklaidymą.

Šiluminių tepalų rūšys

Silikono pagrindu pagaminti tepalai: Tai yra plačiausiai naudojami šiluminiai tepalai bendriems tikslams.Juose yra silikoninių aliejų, sumaišytų su metaliniais ar keraminiais laidžiosiomis dalelėmis, tokiomis kaip cinko oksidas ar aliuminio oksidas.Jie yra ekonomiški ir siūlo vidutinį šilumos laidumą.

2 paveikslas: Silikono pagrindu pagaminti tepalai

Metalo pagrindu pagaminti tepalai: Šiuose tepaluose yra metalinių dalelių, tokių kaip sidabras, aliuminis ar varis, kurie yra puikūs šilumos laidininkai.Metalo pagrindu pagaminti tepalai suteikia didesnį šilumos laidumą nei silikono pagrindu ir yra idealios aukšto našumo programoms, pavyzdžiui, žaidimų kompiuteriuose ar serveriuose.

3 paveikslas: Metalo pagrindu pagaminti tepalai

Keramikos pagrindu pagaminti tepalai: Šiuose tepaluose nėra metalinių dalelių ir yra sudaryti iš keraminių laidininkų, tokių kaip aliuminio nitridas, boro nitridas ar silicio karbidas.Keramikos pagrindu pagaminti tepalai yra neelektriškai laidūs, todėl jie yra tinkami pritaikymui, kai elektrinis laidumas gali kelti pavojų.

Anglies pagrindu pagaminti tepalai: įskaitant grafito ar deimantų miltelius, šie tepalai panaudoja didelį anglies medžiagų šilumos laidumą.Deimantiniai milteliai siūlo puikų šilumos laidumą ir yra naudojami pritaikymuose, kuriems reikalingas išskirtinis šilumos išsklaidymas.

4 paveikslas: anglies pagrindu pagaminti tepalai

Skysti metaliniai tepalai: Šie tepalai susideda iš tokių lydinių, kaip „Gallium“, jie gali pasigirti dideliu šilumos laidumu ir yra naudojami ekstremaliais našumais.Tačiau jie yra elektra laidūs ir gali būti koroziniai iki aliuminio, todėl reikia kruopščiai pritaikyti.

5 paveikslas: Skystų metalų tepalai

Teisingas šiluminio tepalo pritaikymas procesoriui

1 žingsnis: Surinkite savo medžiagas

Prieš pradėdami, įsitikinkite, kad turite:

• Šilumos tepalas

• Izopropilo alkoholis (mažiausiai 70%)

• audinys be pūkelių ar kavos filtro

• Plastikinė kortelė (neprivaloma pastos paskleidimo)

• CPU ir aušintuvas

2 žingsnis: paruoškite darbo vietą

Įsikūręs švarioje, be dulkių ir gerai apšviestoje erdvėje.Įsitraukite į save, kad išvengtumėte statinės komponentų žalos.Periodiškai naudokite antistatinį riešo dirželį arba palieskite įžemintą metalinį daiktą.

3 žingsnis: išvalykite procesoriaus paviršių

Jei pakeisite seną šiluminę pastą arba valydami naują procesorių, kruopščiai išvalykite paviršių.Sumokinkite audinį be pūkelių su izopropilo alkoholiu ir švelniai nuvalykite CPU paviršių.Tegul jis visiškai išdžiūvo.

6 paveikslas: CPU ir šilumos kriauklės paviršių valymas

4 žingsnis: tepkite šiluminį tepalą

Užtepkite nedidelį kiekį šiluminio tepalo - apie žirnio dydį arba ploną liniją per CPU centrą.Per daug ar per mažai gali sukelti problemų.

7 paveikslas: Šilumos tepalo tepimas

5 žingsnis: paskleiskite pastą (neprivaloma)

Netgi aprėptį galite paskleisti pastą plastikine kortele.Būkite atsargūs ir venkite per daug pastos ir sukurkite oro burbuliukus.

6 žingsnis: įdiekite CPU aušintuvą

Tolygiai uždėkite aušintuvą ant procesoriaus.Šiek tiek paspauskite žemyn, kad užtikrintumėte gerą kontaktą su šilumine pasta, tada pritvirtinkite aušintuvą pagal gamintojo instrukcijas.Venkite suktis ar stumdami aušintuvą, kad būtų išvengta oro kišenių.

7 žingsnis: prijunkite aušintuvą prie galios

Prijunkite aušintuvą prie pagrindinės plokštės CPU ventiliatoriaus antraštės, kad ją maitintumėte.

8 paveikslas: CPU ventiliatoriaus prijungimas prie pagrindinės plokštės

8 žingsnis: Išbandykite sistemą

Įjunkite savo sistemą.Įveskite BIOS, kad patikrintumėte, ar CPU temperatūra rodoma normaliai, ir ar CPU ventiliatorius atpažįstamas ir veikia.Stebėkite CPU temperatūrą esant apkrovai, kad viskas veiktų taip, kaip tikėtasi.

9 paveikslas: Išbandykite sistemą

Įprastos klaidos ir mitai taikant šiluminius riebalus

• Taikant per daug šiluminių riebalų

Įprasta klaidinga nuomonė yra ta, kad didesnė šiluminė pasta lemia geresnį aušinimą.Realybėje „Thermal Grease“ tikslas yra užpildyti mikroskopinius CPU ir šilumos kriauklių paviršių netobulumus, kad būtų pagerintas šilumos laidumas.Tai nėra skirta veikti kaip pagrindinis šilumos laidininkas.Per didelis naudojimas gali izoliuoti šilumos šaltinį, sumažindamas šilumos perdavimo efektyvumą.Idealus yra plonas, tolygiai paskirstytas sluoksnis, apie popieriaus lapo storį arba mažą žirnio dydžio tašką centre, kuris plinta po šildymo slėgiu.

• Senojo šiluminio tepalo pakartotinis panaudojimas

Dar viena dažna klaida yra pakartotinis senų šiluminių tepalų panaudojimas po išardymo šilumos kriaukle ar keičiant komponentus.Naudojami šiluminiai tepalai gali išdžiūti ir prarasti šilumos laidumą.Kai komponentai yra atskirti, geriausia visiškai išvalyti seną pastą ir tepti šviežią sluoksnį, kad būtų užtikrintas optimalus šiluminis kontaktas.

• Naudojant neteisingus šiluminio tepalo tipus

Skirtingi šiluminiai tepalai yra skirti konkrečioms reikmėms ir sąlygoms.Kai kuriose pastose yra metalinių junginių ir yra elektra laidūs, keliantys riziką, jei jie plinta ant elektrinių komponentų ir sukelia trumpą jungtį.Pasirinkite nelaidžią pastą, kad galėtumėte naudoti bendrą, nebent esate tikri dėl produkto laidumo savybių ir saugaus jo taikymo.

• Manyti, kad visos šiluminės pastos yra vienodos

Mitas egzistuoja, kad visos šiluminės pastos veikia vienodai gerai, todėl pasirinkimas neturi reikšmės.Realybėje šiluminės pastos kompozicijoje skiriasi - kai kurios apima sidabro ar keramikos daleles, kad padidintų šilumos laidumą.Šie skirtumai gali turėti įtakos našumui, ypač didelio našumo skaičiavimo šiluminiam valdymui.Verta ištirti ir pasirinkti pastą, atitinkančią jūsų specifinius poreikius ir biudžetą.

• Programos metodų ignoravimas

Šilumos pastos veiksmingumui didelę įtaką gali daryti tai, kaip ji tinkamai pritaikoma.Įprasti metodai apima taško, linijos ir sklaidos metodus.Kiekvienas iš jų turi pranašumų, atsižvelgiant į procesoriaus tipą ir šilumos kriauklių dizainą.Pvz., Procesė su keliomis šerdimis gali būti naudingas linijos metodu, užtikrinant, kad visos šerdys būtų tinkamai padengtos.Suprasti tinkamiausią aparatinės įrangos programos metodą užtikrina efektyvų aprėptį be perpildymo.

• Nepaisymas paruošti paviršių

Tinkamai paruošti procesoriaus paviršius ir šilumos kriauklę prieš tepant šiluminius tepalus, dažnai nepastebimas.Dulkės, aliejus ar likučiai gali sukurti barjerą, kuris slopina efektyvų šilumos perdavimą.Abiejų paviršių valymas audiniu be pūkelių ir izopropilo alkoholio prieš tepant pastą, kad įsitikintumėte, jog jie yra švarūs ir sausi.

Šilumos riebalų vaidmuo

Žemiau esančioje lentelėje lyginamas procesoriaus šiluminis našumas su šiluminio tepalo taikymu ir be jo.

Aspektas	Be šiluminių tepalų	Su terminiu tepalu
Šildyti Perdavimo efektyvumas	Susisiekite Tarp procesoriaus ir šildytinio yra mažiau efektyvus dėl mikroskopinio netobulumai ir oro tarpai, dėl kurių atsiranda neoptimalus šilumos laidumas ir Didesnis šiluminis pasipriešinimas.	Užpildo Mikroskopiniai oro tarpai tarp procesoriaus ir šilumos formos, pagerinant šilumą Laidumas ir šiluminio atsparumo mažinimas.
Temperatūra Reglamentas	Aukštesnis veikimo temperatūra	Žemiau veikimo temperatūra
	Šiluminis Dreištas: didesnė tikimybė, kad sumažėja našumas, kad būtų išvengta perkaitimo	Patobulinta Našumas: sumažėjęs šiluminis droselis
	Sumažinta Komponentų gyvenimo trukmė: ilgalaikė aukšta temperatūra sutrumpina gyvenimo trukmę	Padidėjo LIFESPAN: Geresnis šilumos išsisklaidymas padidina komponentų gyvenimo trukmę
	Sistema Stabilumas: aukštesnė temperatūra sukelia avarijas ar netikėtus išjungimus	Stabilumas: Aušintuvo procesorius veikia patikimiau, mažindamas avarijas ar išjungimus
Apskritai Sistemos veikimas	Sumažinta Gebėjimas išlaikyti didelį laikrodžio greitį	Daugiau stabili ir aukštesnės veiklos sistema
	Sumažėjo bendras efektyvumas	Palaiko Didžiausias našumas ilgesniam laikotarpiui
	Pastebimas Sumažėja vartotojo patirtis atliekant skaičiavimo užduotis ir žaidimus	Naudingas Aukštos apdorojimo galios užduotys, tokios kaip žaidimai ir vaizdo įrašų redagavimas
		Lygesnis našumas ir galimai ilgesni intervalai tarp aparatūros atnaujinimų
Kiekybinis Analizė	Tuščiosios eigos Temperatūra: 40 ° C	Tuščiosios eigos Temperatūra: 35 ° C
	Įkelti Temperatūra: 85 ° C	Įkelti Temperatūra: 70 ° C
	Šiluminis Atsparumas: 0,5 ° C/W	Šiluminis Atsparumas: 0,2 ° C/W

Šilumos riebalų sudėtis ir savybės

Cheminė sudėtis

Šilumos tepalai yra sudaryti iš bazinės medžiagos, arba silikono, arba ne silikono, sumaišytos su laidžiais užpildais.Šie pasirinkimai turi įtakos jo šiluminiam ir elektriniam laidumui bei kitiems fiziniams bruožams.

Pagrindinė medžiaga

Silikono pagrindu pagaminti tepalai yra populiarūs dėl šiluminio stabilumo ir atsparumo skilimui plačiame temperatūros diapazone.Jie taip pat teikia gerą elektros izoliaciją, todėl jie yra idealūs pritaikymui, kuriam reikia šios savybės.

Svarbūs ne silikono bazės, tokios kaip sintetiniai aliejai ar esteriai, naudojamos, kai svarbūs kraujavimas ir žemas išgaravimo greitis.Tai teikiama pirmenybė scenarijuose, kai silikono užterštumas gali būti problemiškas, pavyzdžiui, optinėse ar automobilių srityse.

Laidūs užpildai

Metalo oksidai, tokie kaip cinko oksidas ir aliuminio oksidas, dažniausiai naudojami, nes jie subalansuoja šilumos laidumą su elektrine izoliacija.

Metaliniai užpildai, įskaitant sidabro, aliuminio ir vario daleles, padidina šilumos laidumą, bet taip pat padidina elektrinį laidumą, kuris netinka visoms reikmėms.

Anglies pagrindu pagamintos medžiagos, tokios kaip grafito ir anglies nanovamzdeliai, taip pat keraminės dalelės, naudojamos dideliam šilumos laidumui, be elektros laidumo rizikos.

Fizinės savybės

Šilumos laidumas: Tai matuoja medžiagos gebėjimą perkelti šilumą.Šilumos tepalai turi šilumos laidumą nuo 0,5 iki 10 W/mk, o specializuotos rūšys siekia didesnes vertes.Didesnis šilumos laidumas reiškia efektyvesnį šilumos perdavimą.

Klampumas: klampumas daro įtaką tam, kaip lengvai galima tepti tepalą, ir tarp paviršių susidarančio sluoksnio storio.Mažesni klampumo tepalai lengvai plinta ir tinka ploniems pritaikymams, o didesni klampumo tepalai yra geresni didesniems tarpams ar grubiems paviršiams.

Šiluminė varža: šiluminė varža matuoja atsparumą šilumos srautui, atsižvelgiant ir į šilumos laidumą, ir riebalų sluoksnio storią.Mažesnė šiluminė varža yra geresnė efektyviam šilumos perdavimui.

Darbinė temperatūros diapazonas: Greaso temperatūros diapazonas turi atitikti prietaiso ar mašinų eksploatavimo sąlygas.Kai kurie tepalai yra skirti ekstremaliai temperatūrai - tiek žemai, tiek aukštai.

Patvarumas: laikui bėgant šiluminiai tepalai gali išdžiūti, sukietėti ar migruoti iš taikymo srities, mažinant efektyvumą.Tepalo formuluotė daro įtaką jos ilgaamžiškumui ir tai, kaip dažnai ją reikia pakartoti.

Skirtingi šiluminių riebalų taikymo metodai

Automatizuotos išpylimo sistemos

Automatizuotos išpylimo sistemos užtikrina nuoseklų ir tikslų šiluminio tepalo pritaikymą profesionaliose aplinkose.Šios sistemos gali būti užprogramuotos taip, kad būtų galima išplatinti tikslų pastos kiekį, reikalingą konkrečioje CPU ar GPU vietoje, sumažinant žmogaus klaidas ir taikymo storio pokyčius.Ši automatika taip pat pagreitina surinkimo procesą gamybos aplinkoje.

10 paveikslas: Automatizuota išdavimo sistema

Lazerio pagalba

Pažangiausias metodas apima lazerio technologijos naudojimą.Lazeriai prieš pritaikydami šiek tiek šiluminį tepalą kaitina, sumažindami jo klampumą vienodesniam pasiskirstymui per lusto paviršių.Ši technika yra ypač naudinga storesnėms pastos arba kai reikia tikslumo.

Ekrano spausdinimo būdai

Adaptuota iš elektronikos gamybos pramonės, ekrano spausdinimas efektyviai taiko šiluminę pastą.Kaukė apibrėžia taikymo sritį, o į spaustuką primenantis įrankis tolygiai paskleidžia pastą per kaukę, užtikrinant vienodą sluoksnį su tiksliais kraštais.Šis metodas yra geriausias vienu metu surinkti kelis procesorius.

11 paveikslas: Šilumos tepalo tepimas spausdinant ekraną

Tikslūs trafaretų metodai

Trafareto metodai apima trafareto uždėjimą virš CPU ar GPU su apertūromis, kur turėtų būti naudojama pasta.Šiluminis tepalas yra paskirstytas per trafaretą, o perteklius pašalinamas, užtikrinantis pastovų pritaikytos pastos storis ir formą.

12 paveikslas: trafareto metodas

Fazės keitimo medžiagos taikymas

Fazių keitimo medžiagos (PCM) ištirpsta ir sukietėja tam tikroje temperatūroje, absorbuodamos ar atleidžiančios šilumą procese.PCM gali būti naudojami kaip trinkelės ar lakštai, kurie ištirpsta ir atitinka lusto paviršių, kai įkaitinami.Nors PCM ne tradicinė pasta, ji siūlo novatorišką alternatyvą, užtikrinančią pastovų šilumos laidumą be skystų junginių netvarkos.

Ultragarsinis taikymas

Ultragarsinis taikymas naudoja vibracijas, kad tolygiai paskirstytų šiluminę pastą per lusto paviršių.Ši technika idealiai tinka norint pasiekti mikro ploną pastos sluoksnį, esant didelio tikslumo aplinkoje.Tai taip pat padeda pašalinti oro burbuliukus, kurie gali trukdyti šilumos laidumui.

Trimatis šiluminių junginių spausdinimas

Atsirandanti technologija leidžia 3D atspausdinti šiluminius junginius, leidžiančius tiksliai nusėdti šiluminę pastą modeliuose, kurie optimizuoja šilumos perdavimą.Reguliuodamas „Paste“ taikymo geometriją pagal skirtingų lustų sričių šilumos išėjimą, šis metodas ateityje galėtų pakeisti šiluminės sąsajos medžiagų taikymą.

Išvada

Šilumos tepalai yra tinkami valdyti šilumą elektroniniuose prietaisuose, o tai daro didelę įtaką, kaip gerai jie veikia, kiek jie yra patikimi ir kiek laiko jie trunka.Šiame straipsnyje pabrėžiama tinkamo šiluminio tepalo pasirinkimo svarba, tiriant skirtingus tipus ir tai, kaip jie taikomi.Supratimas, kaip veikia šiluminiai tepalai, pagerinant šilumos kelius, mažinant šiluminį pasipriešinimą ar padidinant šilumos perdavimą, rodo jo vaidmenį kuriant ir palaikant elektroniką.Nauji taikymo metodai, tokie kaip automatinės sistemos, lazeriu padedami metodai ir 3D šiluminių junginių spausdinimas, rodo ateitį, kai įmanoma tikslus ir efektyvus šiluminis valdymas.Tobulėjant technologijoms, vykstantys šiluminių riebalų tyrimai, užtikrinant, kad elektroniniai prietaisai greičiau besikeičiančiame technologijų pasaulyje vyktų daugiau nei lūkesčiai.

Dažnai užduodami klausimai [DUK]

1. Kuo skiriasi šiluminis gelis ir šiluminis tepalas?

Šilumos gelis ir šiluminiai tepalai yra medžiagos, naudojamos pagerinti šilumos perdavimą tarp komponentų, tokių kaip kompiuterio CPU ir jo šilumos kriauklė.Pagrindinis skirtumas yra jų fizinės savybės ir taikymo metodai.Šiluminis tepalas yra klampi pasta, kuriai reikia rankinio naudojimo, užtikrinant, kad ji tolygiai plinta, kad būtų užpildytos mikroskopinės tarpo tarp paviršių.Kita vertus, šiluminis gelis dažnai būna iš anksto pritvirtintomis trinkelėmis arba kaip pusiau kieta, kurią lengviau valdyti ir pritaikyti, tačiau jis ne visada gali būti toks efektyvus šilumos perdavimo sluoksnis dėl iš anksto nustatyto storio ir mažesnio lankstumo užpildantnelygūs paviršiai.

2. Kur dedate šiluminius tepalus?

Prieš pritvirtinant aušinimo įtaisą, pavyzdžiui, šilumos kriauklę ar skysčio aušinimo bloką, procesoriaus paviršiuje (CPU arba GPU) paviršiuje tepamas šiluminis tepalas.Užtepkite ploną, lygų sluoksnį tiesiai ant lusto paviršiaus, kur sukuriama šiluma.Šis sluoksnis veikia kaip terpė efektyviai perkelti šilumą iš lusto į aušintuvą, optimizuodamas įrenginio veikimą, sumažinant jo veikimo temperatūrą.

3. Kokie yra šiluminių riebalų trūkumai?

Taikant šiluminius tepalus, gali būti nepatogu.Tam reikia tikslumo, o bet koks perteklius gali sukelti išsiliejimą į kitus komponentus.

Laikui bėgant, šiluminiai tepalai gali išdžiūti, prarasti šilumos laidumą ar net nutekėti iš tarp paviršių, todėl reikia pakartotinai.

Kai kuriuose šiluminiuose tepaluose yra laidžių medžiagų, kurios, netinkamai pritaikytos, gali sukelti trumpus junginius ar sugadinti elektroninius komponentus.

4. Kiek laiko šiluminis tepalas yra tinkamas?

Šilumos riebalų efektyvumas trunka nuo 3 iki 5 metų, atsižvelgiant į tepalo kokybę ir sąlygas, kuriomis veikia prietaisas.Laikui bėgant, dėl šilumos ciklų jis gali išdžiūti arba skaidyti, o tai sumažina jo efektyvumą perkeliant šilumą.Patartina patikrinti ir pakeisti šiluminius tepalus, jei prietaiso temperatūra pradeda kilti neįprastai arba jei prietaisas buvo naudojamas keletą metų.

5. Kaip kaupiate šiluminius tepalus?

Siekdami užtikrinti, kad šiluminiai tepalai išlaikytų savo veiksmingumą, laikykite jį vėsioje, sausoje vietoje, atokiau nuo tiesioginių saulės spindulių.Tepalo vamzdelio dangtelis turėtų būti tvirtai priveržtas, kad būtų išvengta oro patekimo ir tepalo džiovinimo.Laikykite jį vertikalioje padėtyje, kad išvengtumėte nuotėkių ir įsitikintumėte, jog jos sudėtis išlieka nuosekli optimaliai pritaikant kitą naudoti.Venkite ekstremalios temperatūros, nes jie gali pakeisti cheminę riebalų struktūrą, darant įtaką jo veikimui.