Co to jest smar termiczny?Właściwości i zastosowania

Smar termiczny pomaga przenosić ciepło między gorącymi częściami, takimi jak procesory i GPU oraz ich jednostki chłodzące, zwykle z cieplargonami.W tym artykule dotyczy ważnej roli smaru termicznego, obejmującej jego skład, cechy i sposób jego użycia w celu zapewnienia dobrego przeniesienia ciepła.Omówimy różne rodzaje smaru termicznego, w tym silikon, metalu, ceramiczny, węglowy i ciekłego metalu oraz sposób, w jaki każdy z nich spełnia określone potrzeby.Artykuł wyjaśnia również właściwy sposób zastosowania smaru termicznego na procesory, unikając typowych błędów i mitów, aby pokazać jego szeroką rolę w utrzymaniu stabilnych i wydajnych urządzeń elektronicznych.

Katalog

Rysunek 1: Smar termiczny

W jaki sposób smar termiczny poprawia przewodnictwo cieplne?

Smar termiczny, powszechnie znany jako pasta termiczna, jest ważna w zarządzaniu ciepłem w urządzeniach elektronicznych.Jego główną funkcją jest zwiększenie przenoszenia ciepła z cieplejszego komponentu, takiego jak procesor lub GPU, do chłodniejszego, takiego jak radiator, poprzez wypełnienie szczelin powietrza między ich powierzchniami.Na poziomie molekularnym kilka mechanizmów wyjaśnia, w jaki sposób smar termiczny poprawia przewodnictwo cieplne:

Powierzchnie zarówno źródła ciepła (np. CPU), jak i radiatora wydają się gładkie dla nagiego oka, ale w rzeczywistości są szorstkie i niedoskonałe w skali mikroskopowej.Te niedoskonałości tworzą małe szczeliny powietrzne, gdy powierzchnie się kontaktują, a ponieważ powietrze jest złym przewodnikiem ciepła, szczeliny te utrudniają transfer termiczny.Smar termiczny wypełnia te luki, zastępując powietrze materiałem o znacznie wyższej przewodności cieplnej, zwiększając w ten sposób wydajność przenoszenia ciepła.

Smar termiczny jest wykonany z materiału podstawowego, takiego jak silikon lub olej syntetyczny zmieszany z cząstkami przewodzącymi termicznie, takimi jak metale, ceramika lub węgiel.Cząstki te tworzą sieć ścieżek przewodzenia cieplnego przez tłuszcz, umożliwiając cieplejsze podróżowanie niż sam przez materiał podstawowy.Ta sieć zwiększa ogólną przewodność cieplną interfejsu.

Wydajność transferu ciepła przez interfejs jest odwrotnie proporcjonalna do jego oporu cieplnego.Poprawiając kontakt między źródłem ciepła a zlewem i zapewnienie bardziej przewodzącego ośrodka, smar termiczny zmniejsza opór termiczny na interfejsie.Powoduje to bardziej skuteczne rozpraszanie ciepła.

Rodzaje smarów termicznych

Smary na bazie silikonowe: są to najczęściej stosowane smary termiczne do celów ogólnych.Zawierają oleje silikonowe zmieszane z metalicznymi lub ceramicznymi cząstkami przewodzącymi, takimi jak tlenek cynku lub tlenek glinu.Są opłacalne i oferują umiarkowaną przewodność cieplną.

Rycina 2: Smary na bazie silikonowe

Smary na bazie metali: Smary te zawierają cząsteczki metalu, takie jak srebro, aluminium lub miedź, które są doskonałymi przewodnikami cieplnymi.Smary na bazie metali zapewniają wyższą przewodność cieplną niż silikonowe i są idealne do zastosowań o wysokiej wydajności, na przykład na komputerach lub serwerach do gier.

Rycina 3: Smary na bazie metali

Smary ceramiczne: Smary te nie zawierają cząstek metali i składają się z przewodów ceramicznych, takich jak azotek aluminium, azotek boru lub węglika krzemu.Smary ceramiczne są nieelektrycznie przewodzące, co czyni je dobrym zastosowaniem, w których przewodność elektryczna może stanowić ryzyko.

Smary na bazie węgla: w tym grafit lub diamentowy proszek, te smary wykorzystują wysoką przewodność cieplną materiałów węglowych.Diamond Powder oferuje doskonałą przewodność cieplną i jest stosowana w zastosowaniach wymagających wyjątkowego rozpraszania ciepła.

Rycina 4: Smary na bazie węgla

Smary płynne metalowe: Smary te, takie jak galu, zawierające stopy, takie jak galu, mają wysoką przewodność cieplną i są wykorzystywane w ekstremalnych zastosowaniach wydajności.Są jednak przewodzące elektrycznie i potencjalnie żrące do aluminium, co wymaga starannego zastosowania.

Rysunek 5: Smary płynne metalu

Prawidłowe zastosowanie smaru termicznego na procesorach

Krok 1: Zbierz swoje materiały

Zanim zaczniesz, upewnij się, że masz:

• Smar termiczny

• Alkohol izopropylowy (co najmniej 70%)

• Bezprzewodzony filtr tkaniny lub kawy

• Karta z tworzyw sztucznych (opcjonalnie do rozprzestrzeniania pasty)

• CPU i chłodnica

Krok 2: Przygotuj obszar roboczy

Ustawione w czystej, pozbawionej kurzu i dobrze oświetlonej przestrzeni.Uzyskaj się, aby uniknąć statycznych uszkodzeń komponentów.Używaj antystatycznego paska na nadgarstek lub okresowo dotknij uziemionego metalowego obiektu.

Krok 3: Wyczyść powierzchnię procesora

W przypadku wymiany starej pasty termicznej lub czyszczenia nowego procesora dokładnie wyczyść powierzchnię.Utłuń tkaninę bez kłacarni z alkoholem izopropylowym i delikatnie wytrzyj powierzchnię procesora.Niech całkowicie wyschnie.

Rysunek 6: Oczyszczanie powierzchni procesora i radiatora

Krok 4: Zastosuj tłuszcz termiczny

Zastosuj niewielką ilość tłuszczu termicznego - o wielkości grochu lub cienkiej linii w środku procesora.Za dużo lub za mało może powodować problemy.

Rysunek 7: Zastosowanie tłuszczu termicznego

Krok 5: Rozłóż wklej (opcjonalnie)

Aby uzyskać nawet zasięg, możesz rozłożyć pastę plastikową kartą.Uważaj, aby unikać używania zbyt dużej pasty i tworzenia pęcherzyków powietrza.

Krok 6: Zainstaluj chłodnicę procesora

Umieść chłodnicę na procesorze równomiernie.Nieco naciśnij, aby zapewnić dobry kontakt z pastą termiczną, a następnie zabezpiecz chłodnicę zgodnie z instrukcjami producenta.Unikaj skręcania lub przesuwania chłodnicy, aby zapobiec kieszeni powietrza.

Krok 7: Podłącz chłodzenie do zasilania

Podłącz chłodnicę do nagłówka wentylatora procesora płyty głównej, aby ją zasilać.

Rysunek 8: Podłączenie wentylatora procesora z płytą główną

Krok 8: Przetestuj system

Zwiększ swój system.Wprowadź BIOS, aby sprawdzić, czy temperatura procesora odczytuje normalnie i czy wentylator procesora jest rozpoznawany i funkcjonujący.Monitoruj temperaturę procesora pod obciążeniem, aby wszystko działa zgodnie z oczekiwaniami.

Rysunek 9: Przetestuj system

Typowe błędy i mity w stosowaniu tłuszczu termicznego

• Zastosowanie zbyt dużej ilości tłuszczu termicznego

Powszechnym nieporozumieniem jest to, że więcej pasty termicznej prowadzi do lepszego chłodzenia.W rzeczywistości celem tłuszczu termicznego jest wypełnienie mikroskopijnych niedoskonałości na powierzchniach procesora i radiowlęce w celu poprawy przewodzenia cieplnego.Nie ma działać jako główny przewodnik ciepła.Nadmierne zastosowanie może izolować źródło ciepła, zmniejszając wydajność wymiany ciepła.Idealna jest cienka, równomiernie rozłożona warstwa, wokół grubości arkusza papieru lub małej kropki wielkości grochu w środku, jest idealna.

• Ponowne wykorzystanie starego smaru termicznego

Ponowne wykorzystanie starego smaru termicznego po demontażu radiowcu lub zmianie komponentów jest kolejnym powszechnym błędem.Zastosowany tłuszcz termiczny może wysuszyć i stracić przewodność cieplną.Po oddzielaniu komponentów najlepiej jest całkowicie wyczyścić starą pastę i nałożyć świeżą warstwę, aby zapewnić optymalny kontakt termiczny.

• Korzystanie z nieprawidłowych rodzajów tłuszczu termicznego

Różne smary termiczne są przeznaczone do określonych zastosowań i warunków.Niektóre pasty zawierają związki na bazie metali i są elektrycznie przewodzące, stanowiąc ryzyko, jeśli rozprzestrzeniają się na elementy elektryczne i powodują zwarcie.Wybierz niekondukcyjną pastę do ogólnego użytku, chyba że masz pewność co do właściwości przewodności produktu i jej bezpiecznej aplikacji.

• Wierzenie, że wszystkie pasty termiczne są takie same

Istnieje mit, że wszystkie pasty termiczne działają równie dobrze, więc wybór nie ma znaczenia.W rzeczywistości pasty termiczne różnią się składem - niektóre obejmują cząstki srebra lub ceramiczne w celu zwiększenia przewodności cieplnej.Różnice te mogą wpływać na wydajność, szczególnie w zakresie zarządzania termicznego o wysokiej wydajności.Warto zbadać i wybierać pastę, która odpowiada Twoim konkretnym potrzebom i budżetowi.

• Ignorowanie metod aplikacji

Skuteczność pasty termicznej może mieć duży wpływ na to, jak prawidłowo stosuje się.Typowe metody obejmują metody kropki, linii i rozprzestrzeniania się.Każdy ma zalety w zależności od rodzaju procesora i projektowania radiatora.Na przykład procesory z wieloma rdzeniami mogą skorzystać z metody linii, zapewniając, że wszystkie rdzenie uzyskają odpowiedni zasięg.Zrozumienie najbardziej odpowiedniej metody aplikacji dla sprzętu zapewnia efektywne pokrycie bez przepełnienia.

• zaniedbanie przygotowywania powierzchni

Właściwie przygotowanie powierzchni procesora i radiatora przed nałożeniem tłuszczu termicznego jest często pomijane.Pył, olej lub pozostałość mogą stworzyć barierę, która hamuje skuteczne transfer ciepła.Czyszczenie obu powierzchni za pomocą szmatki bez nadwozie i alkoholu izopropylowego przed nałożeniem pasty, aby upewnić się, że są czyste i suche.

Rola smytu termicznego

Poniższa tabela porównuje wydajność termiczną procesora z i bez zastosowania tłuszczu termicznego.

Aspekt	Bez tłuszczu termicznego	Z tłuszrem termicznym
Ciepło Wydajność transferu	Kontakt między procesorem a ciepłem jest mniej skuteczne ze względu na mikroskopijne niedoskonałości i luki powietrzne, co powoduje nieoptymalną przewodność cieplną i Wyższy opór termiczny.	Wypełnienia mikroskopijne szczeliny powietrza między procesorem a ciepłem, poprawiając termiczne przewodność i zmniejszenie oporu cieplnego.
Temperatura Regulacja	Wyższy temperatury robocze	Niżej temperatury robocze
	Termiczny Dławienie: wyższe prawdopodobieństwo zmniejszenia wydajności, aby zapobiec przegrzaniu	Wzmocniony Wydajność: zmniejszone ograniczenie termiczne
	Zmniejszony Komponentowa żywotność: długotrwałe wysokie temperatury skracają żywotność	Zwiększony Życie: lepsze rozpraszanie ciepła zwiększa żywotność komponentów
	System Stabilność: Wyższe temperatury powodują awarie lub nieoczekiwane zamknięcia	Stabilność: Procesor chłodnicy działa bardziej niezawodnie, zmniejszając awarie lub wyłączenia
Ogólnie Wydajność systemu	Zmniejszony Zdolność do utrzymywania wysokich prędkości zegara	Więcej System stabilny i wyższy
	Zmniejszyło się Ogólna wydajność	Podtrzymanie szczytowy wydajność przez dłuższe okresy
	Zauważalny Wprowadź wrażenia użytkownika podczas zadań obliczeniowych i gier	Korzystny W przypadku zadań o wysokiej mocy przetwarzania, takich jak gier i edycja wideo
		Gładsze Wydajność i potencjalnie dłuższe odstępy między aktualizacjami sprzętu
Ilościowy Analiza	Bezczynny Temperatura: 40 ° C	Bezczynny Temperatura: 35 ° C
	Obciążenie Temperatura: 85 ° C	Obciążenie Temperatura: 70 ° C
	Termiczny Opór: 0,5 ° C/w	Termiczny Opór: 0,2 ° C/w

Skład i właściwości smaru termicznego

Skład chemiczny

Smar termiczny składa się z materiału podstawowego, silikonu lub nie-slilikonu, zmieszanego z wypełniaczami przewodzącymi.Wybory te wpływają na jego przewodność termiczną i elektryczną oraz inne cechy fizyczne.

Materiał podstawowy

Smary na bazie silikonowe są popularne ze względu na stabilność termiczną i odporność na rozkład w szerokim zakresie temperatur.Zapewniają również dobrą izolację elektryczną, co czyni je idealnymi do zastosowań potrzebujących tej właściwości.

Podstawy nie-slilikonowe, takie jak oleje syntetyczne lub estry, stosuje się, gdy ważne są niskie wskaźniki krwawienia i niskie odparowanie.Są one preferowane w scenariuszach, w których zanieczyszczenie silikonem może być problematyczne, jak w aplikacjach optycznych lub motoryzacyjnych.

Wypełniacze przewodzące

Powszechnie stosuje się tlenki metali, takie jak tlenek cynku i tlenek glinu, ponieważ równoważą przewodność cieplną z izolacją elektryczną.

Metalowe wypełniacze, w tym cząsteczki srebra, aluminium i miedzi, zwiększają przewodność cieplną, ale także zwiększają przewodność elektryczną, co nie jest odpowiednie dla wszystkich zastosowań.

Materiały na bazie węgla, takie jak grafit i nanorurki węglowe, a także cząstki ceramiczne, są wykorzystywane do wysokiej przewodności cieplnej bez ryzyka przewodnictwa elektrycznego.

Właściwości fizyczne

Przewodnictwo cieplne: mierzy to zdolność materiału do przenoszenia ciepła.Smary cieplne mają przewodność cieplną od 0,5 do 10 w/mk, przy czym wyspecjalizowane typy osiągają wyższe wartości.Wyższa przewodność cieplna oznacza bardziej skuteczne przenoszenie ciepła.

Lepkość: lepkość wpływa na to, jak łatwo można zastosować tłuszcz i grubość warstwy utworzonej między powierzchniami.Niższe smary lepkości rozprzestrzeniają się łatwo i odpowiadają cienkie zastosowania, podczas gdy wyższe smary lepkości są lepsze w przypadku większych szczelin lub szorstkich powierzchni.

Impedancja termiczna: Impedancja termiczna mierzy odporność na przepływ ciepła, biorąc pod uwagę zarówno przewodność cieplną, jak i grubość warstwy tłuszczu.Niższa impedancja termiczna jest lepsza do wydajnego przenoszenia ciepła.

Zakres temperatur roboczych: Zakres temperatur tłuszu musi pasować do warunków operacyjnych urządzenia lub maszyny.Niektóre smary są przeznaczone do ekstremalnych temperatur, zarówno niskich, jak i wysokich.

Trwałość: Z czasem tłuszcz termiczny może wysuszyć, utwardzać lub migrować z obszaru zastosowania, zmniejszając skuteczność.Sformułowanie smaru wpływa na jego trwałość i to, jak często należy go ponownie zastosować.

Różne metody stosowania tłuszczu termicznego

Zautomatyzowane systemy dozowania

Zautomatyzowane systemy dozowania zapewniają spójne i precyzyjne zastosowanie smaru cieplnego w profesjonalnych ustawieniach.Systemy te można zaprogramować w celu wydania dokładnej ilości pasty wymaganej w określonej lokalizacji na procesorze lub GPU, minimalizując błąd ludzki i zmienność grubości aplikacji.Ta automatyzacja przyspiesza również proces montażu w środowiskach produkcyjnych.

Rysunek 10: Zautomatyzowany system dozowania

Aplikacja wspomagana laserowo

Zaawansowana metoda obejmuje stosowanie technologii laserowej.Lasery lekko podgrzewać tłuszcz termiczny przed zastosowaniem, zmniejszając jego lepkość dla bardziej jednolitego rozłożonego na powierzchni układu.Ta technika jest szczególnie przydatna w przypadku grubszych past lub gdy wymagana jest precyzja.

Techniki drukowania ekranu

Drukowanie ekranu zaadaptowane z branży elektronicznej efektywnie stosuje pastę termiczną.Maska określa obszar aplikacji, a narzędzie podobne do squeegee równomiernie rozprzestrzenia się pastę na masce, zapewniając jednolitą warstwę z precyzyjnymi krawędziami.Ta metoda jest najlepsza do jednoczesnego montażu wielu procesorów.

Rysunek 11: Zastosowanie smaru termicznego za pomocą drukowania ekranu

Precyzyjne metody szablonu

Metody szablonu obejmują umieszczenie szablonu nad procesorem lub GPU z otworami, w których należy zastosować pastę.Smar termiczny rozprzestrzenia się na szablonie, a nadmiar jest usuwany, zapewniając spójną grubość i kształt stosowanej pasty.

Rysunek 12: Metoda szablonu

Zastosowanie materiału fazowego

Materiały zmiany faz (PCM) topią się i zestalają w określonych temperaturach, wchłaniając lub uwalniając ciepło.Po podgrzaniu PCM można nakładać jako podkładki lub arkusze, które topią się i dostosowują do powierzchni układu.Chociaż nie jest to tradycyjna pasta, PCM oferuje innowacyjną alternatywę, zapewniając spójną przewodność cieplną bez bałaganu płynnych związków.

Zastosowanie ultradźwiękowe

Zastosowanie ultradźwiękowe wykorzystuje wibracje do równomiernego rozmieszczenia pasty termicznej na powierzchni układu.Ta technika jest idealna do osiągnięcia mikro-cienkiej warstwy pasty w środowiskach o bardzo precyzyjnym.Pomaga także wyeliminować pęcherzyki powietrza, które mogą utrudniać przewodność cieplną.

Trójwymiarowe drukowanie związków termicznych

Pojawiająca się technologia pozwala na drukowanie 3D związków termicznych, umożliwiając precyzyjne odkładanie pasty termicznej we wzorach optymalizujących transfer ciepła.Dostosowując geometrię zastosowania wklejania zgodnie z wyjściem cieplnym różnych obszarów układów, metoda ta może zrewolucjonizować zastosowanie materiałów interfejsu termicznego w przyszłości.

Wniosek

Smar termiczny jest dobry do zarządzania ciepłem w urządzeniach elektronicznych, znacznie wpływając na to, jak dobrze działają, jak niezawodne są i jak długo trwają.W tym artykule podkreśla znaczenie wyboru odpowiedniego smaru termicznego poprzez badanie różnych rodzajów i sposobu ich zastosowania.Zrozumienie, jak działa smar termiczny, poprzez poprawę szlaków ciepła, obniżenie oporu cieplnego lub zwiększenie transferu ciepła pokazuje jego rolę w projektowaniu i utrzymaniu elektroniki.Nowe metody aplikacji, takie jak systemy zautomatyzowane, techniki wspomagane laserowo i drukowanie 3D związków termicznych, sugerują przyszłość, w której możliwe jest precyzyjne i wydajne zarządzanie termicznie.W miarę postępu technologii trwające badania tłuszczu termicznego zapewniają, że urządzenia elektroniczne wykraczają poza oczekiwania w szybko rozwijającym się świecie technologii.

Często zadawane pytania [FAQ]

1. Jaka jest różnica między żelem termicznym a tłuszczem termicznym?

Żel termiczny i tłuszcz termiczny to materiały używane do poprawy przenoszenia ciepła między komponentami, takimi jak procesor komputera i jego radiator.Główna różnica polega na ich właściwościach fizycznych i metodach zastosowania.Smar termiczny to lepka paste, która wymaga ręcznego zastosowania, zapewniając równomiernie rozprzestrzenianie się w celu wypełnienia mikroskopijnych szczelin między powierzchniami.Z drugiej strony, żel termiczny często występuje w wstępnie zastosowanych podkładkach lub jako pół-solid, który jest łatwiejszy w obsłudze i zastosowaniu, ale nie zawsze może zapewniać tak skuteczną warstwę przenoszenia ciepła ze względu na jej predefiniowaną grubość i mniejszą elastyczność w napełnianiunierówne powierzchnie.

2. Gdzie umieszczasz tłuszcz termiczny?

Smar termiczny nakłada się na powierzchnię procesora (CPU lub GPU) przed przymocowaniem urządzenia chłodzącego, takiego jak radiator lub blok chłodzenia cieczy.Nałóż cienką, równomierną warstwę bezpośrednio na powierzchnię układu, w której generowane jest ciepło.Ta warstwa działa jako medium do wydajnego przenoszenia ciepła z układu do chłodnicy, optymalizując wydajność urządzenia poprzez obniżenie jego temperatury operacyjnej.

3. Jakie są wady smaru termicznego?

Zastosowanie tłuszczu termicznego może być nieuporządkowane.Wymaga precyzji, a każda nadmierna aplikacja może prowadzić do rozlania na inne komponenty.

Z czasem tłuszcz termiczny może wysuszyć, stracić przewodność cieplną, a nawet wyciekać między powierzchniami, wymagając ponownego zastosowania.

Niektóre smary termiczne zawierają materiały przewodzące, które, jeśli są niewłaściwie zastosowane, mogą prowadzić do zwarć lub uszkodzenia elementów elektronicznych.

4. Jak długo jest dobry smar termiczny?

Skuteczność smaru termicznego trwa od 3 do 5 lat, w zależności od jakości smaru i warunków, w których urządzenie działa.Z czasem może wysuszyć lub degradować z powodu przechodzących przez niego cykli cieplnych, co zmniejsza jego skuteczność w przenoszeniu ciepła.Wskazane jest sprawdzenie i wymianę smaru termicznego, jeśli temperatura urządzenia zacznie rosnąć niezwykle lub jeśli urządzenie jest w służbie od kilku lat.

5. Jak przechowujesz tłuszcz termiczny?

Aby upewnić się, że smar termiczny utrzymuje swoją skuteczność, przechowuj go w chłodnym, suchym miejscu z dala od bezpośredniego światła słonecznego.KWIC rurki smaru powinien być bezpiecznie dokręcony, aby zapobiec wejściu powietrza i suszeniu smaru.Zachowaj go w pozycji pionowej, aby uniknąć wycieków i upewnić się, że jego skład pozostaje spójny dla optymalnego zastosowania po użyciu.Unikaj ekstremalnych temperatur, ponieważ mogą one zmienić strukturę chemiczną smaru, wpływając na jego wydajność.