Что такое термическая смазка?Свойства и использование

Тепловая смазка помогает перенести тепло между горячими частями, такими как процессоры и графические процессоры, и их охлаждающими единицами, обычно радиаторы.В этой статье рассматривается важная роль тепловой смазки, охватывающую его состав, качества и как его использовать для обеспечения хорошей теплопередачи.Мы обсудим различные типы тепловых смазков, включая силиконовый, металлический, керамический, углеродный и жидкий металл, и то, как каждый отвечает конкретным потребностям.В статье также объясняется правильный способ применения тепловой смазки на процессоров, избегая общих ошибок и мифов, чтобы показать свою широкую роль в поддержании стабильных и эффективных электронных устройств.

Каталог

Рисунок 1: Тепловая смазка

Как термическая смазка усиливает теплопровождение?

Тепловая смазка, широко известная как тепловая паста, важна для управления теплом в электронных устройствах.Его основная функция состоит в том, чтобы повысить теплопередачу от более горячего компонента, например, процессора или графического процессора, до более прохладного, такого как радиатор, заполняя воздушные зазоры между их поверхностями.На молекулярном уровне несколько механизмов объясняют, как тепловая смазка улучшает теплопровождение:

Поверхности как источника тепла (например, процессора), так и радиатора кажутся гладкими для невооруженного глаза, но на самом деле являются грубыми и несовершенными в микроскопическом масштабе.Эти недостатки создают крошечные воздушные зазоры, когда поверхности вступают в контакт, и, поскольку воздух является плохим проводником тепла, эти зазоры препятствуют термическому переносу.Тепловая смазка заполняет эти зазоры, заменяя воздух материалом, который имеет гораздо более высокую теплопроводность, тем самым повышая эффективность теплопередачи.

Тепловая смазка изготовлена ​​из основного материала, такого как силиконовое или синтетическое масло, смешанное с термически проводящими частицами, такими как металлы, керамика или углерод.Эти частицы образуют сеть путей теплопроводности через смазку, позволяя тепло двигаться более эффективно, чем через основной материал.Эта сеть повышает общую теплопроводность интерфейса.

Эффективность теплопередачи на границе раздела обратно пропорциональна его термическому сопротивлению.Улучшение контакта между источником тепла и раковиной и обеспечивая более проводящую среду, термическая смазка снижает тепловое сопротивление на границе раздела.Это приводит к более эффективному рассеянию тепла.

Типы тепловых смазок

Силиконовые смазки: это наиболее широко используемые тепловые смазки для общих целей.Они содержат силиконовые масла, смешанные с металлическими или керамическими проводящими частицами, такими как оксид цинка или оксид алюминия.Они экономически эффективны и предлагают умеренную теплопроводность.

Рисунок 2: смазки на силиконовой основе

Смазки на основе металла: Эти смазки содержат металлические частицы, такие как серебро, алюминий или медь, которые являются отличными теплопроводниками.Металлические смазки обеспечивают более высокую теплопроводность, чем силиконовые, и идеально подходят для высокопроизводительных приложений, например, в игровых ПК или серверах.

Рисунок 3: Металлические смазки

Керамические смазки: Эти смазки не содержат металлических частиц и состоят из керамических проводников, таких как нитрид алюминия, нитрид бора или карбид кремния.Керамические смазки неэлектрически проводят, что делает их хорошими для применений, где электрическая проводимость может представлять риск.

Смазки на основе углерода: включая графитовый или алмазный порошок, эти смазки используют высокую теплопроводность углеродных материалов.Алмазный порошок предлагает превосходную теплопроводность и используется в приложениях, требующих исключительного рассеяния тепла.

Рисунок 4: смазки на основе углерода

Жидкие металлические смазки: Эти сплава, такие как галлий, могут похвастаться высокой теплопроводности и используются в экстремальных приложениях производительности.Тем не менее, они являются электрически проводящими и потенциально коррозийными для алюминия, что требует тщательного применения.

Рисунок 5: Жидкие металлические смазки

Правильное применение тепловой смазки на процессорах

Шаг 1: Соберите свои материалы

Прежде чем начать, убедитесь, что у вас есть:

• Тепловая смазка

• Изопропиловый спирт (не менее 70%)

• Бесплатная ткань или кофейный фильтр

• Пластическая карта (дополнительная, для распространения пасты)

• ЦП и холодильник

Шаг 2: Подготовьте рабочую зону

Установите в чистом, без пыли и хорошо освещенном пространстве.Заземьте, чтобы избежать статического повреждения компонентов.Используйте антистатический ремешок для запястья или периодически прикоснитесь к заземленному металлическому объекту.

Шаг 3: Очистите поверхность процессора

При замене старой тепловой пасты или очистке нового процессора, тщательно очистите поверхность.Увлажните ткань без ворса с изопропиловым спиртом и аккуратно протрите поверхность процессора.Дайте этому полностью высохнуть.

Рисунок 6: Очистка поверхностей процессора и радиатора

Шаг 4: Нанесите тепловую смазку

Нанесите небольшое количество тепловой смазки - около размера гороха или тонкой линии через центр процессора.Слишком много или слишком мало может вызвать проблемы.

Рисунок 7: Применение тепловой смазки

Шаг 5: Распространите пасту (необязательно)

Для даже покрытия вы можете распределить пасту пластиковой картой.Будьте осторожны, чтобы не использовать слишком много пасты и создавать пузырьки воздуха.

Шаг 6: Установите охладитель процессора

Поместите холодильник на процессор равномерно.Немного нажмите, чтобы обеспечить хороший контакт с тепловой пастой, затем закрепите холодильник в соответствии с инструкциями производителя.Избегайте скручивания или скольжения охладителя, чтобы предотвратить воздушные карманы.

Шаг 7: Подключите кулер к питанию

Подключите холодильник к заголовку вентилятора CPU материнской платы, чтобы питать его.

Рисунок 8: Соединение вентилятора процессора к материнской плате

Шаг 8: Проверьте систему

Включите свою систему.Введите BIOS, чтобы проверить, нормально ли чтение температуры ЦП и распознается и функционирует.Следите за температурой процессора под нагрузкой, чтобы обеспечить все, как ожидалось.

Рисунок 9: Проверьте систему

Распространенные ошибки и мифы при нанесении тепловой смазки

• Применение слишком большого количества тепловой смазки

Распространенным заблуждением является то, что больше тепловой пасты приводит к лучшему охлаждению.В действительности цель Thermal Grease состоит в том, чтобы заполнить микроскопические недостатки на поверхностях процессора и радиатора для улучшения теплопроводности.Он не предназначен для того, чтобы действовать как основной проводник тепла.Чрезмерное применение может изолировать источник тепла, снижая эффективность теплопередачи.Идеально является тонким, равномерно распределенным слоем, около толщины листа бумаги, или небольшая точка размером с горошину в центре, которая распространяется под давлением радиатора, является идеальным.

• Повторное использование старой тепловой смазки

Повторное использование старой тепловой смазки после разборки радиатора или изменяющихся компонентов является еще одной распространенной ошибкой.Используемая термическая смазка может высохнуть и потерять свою теплопроводность.Когда компоненты разделены, лучше всего полностью очистить старую пасту и нанести новый слой, чтобы обеспечить оптимальный тепловой контакт.

• Использование неправильных типов тепловой смазки

Различные тепловые смазки предназначены для конкретных применений и условий.Некоторые пасты содержат соединения на основе металлов и являются электрически проводящими, создавая риск, если они распространяются на электрические компоненты и вызывают короткий замыкание.Выберите непроводящую пасту для общего использования, если вы не уверены в свойствах проводимости продукта и ее безопасном применении.

• веря, что все тепловые пасты одинаковы

Существует миф о том, что все тепловые пасты работают одинаково хорошо, поэтому выбор не имеет значения.В действительности, тепловые пасты варьируются по составу - некоторые включают серебро или керамические частицы для повышения теплопроводности.Эти различия могут повлиять на производительность, особенно в высокопроизводительных вычислениях теплового управления.Исследование и выбор пасты, которая соответствует вашим конкретным потребностям и бюджету, стоит.

• Игнорирование методов применения

На эффективность тепловой пасты можно сильно повлиять, насколько правильно она применяется.Общие методы включают методы точки, линии и распространения.Каждый имеет преимущества в зависимости от типа процессора и дизайна радиатора.Например, процессоры с несколькими ядрами могут извлечь выгоду из метода линии, гарантируя, что все ядра получают адекватное покрытие.Понимание наиболее подходящего метода применения для вашего оборудования обеспечивает эффективное покрытие без переполнения.

• Пренерание подготовить поверхности

Правильное приготовление поверхностей процессора и радиатора перед нанесением тепловой смазки часто упускается из виду.Пыль, масло или остаток могут создать барьер, который ингибирует эффективную теплопередачу.Очистка обе поверхности тканью без ворса и изопропиловым спиртом перед нанесением пасты, чтобы они были чистыми и сухими.

Роль тепловой смазки

В приведенной ниже таблице сравниваются тепловые характеристики процессора с и без применения тепловой смазки.

Аспект	Без тепловой смазки	С тепловой смазкой
Нагревать Эффективность передачи	Контакт между процессором и радиатором менее эффективна из -за микроскопических недостатки и воздушные пробелы, что приводит к неоптимальной теплопроводности и более высокое тепловое сопротивление.	Заполняет Микроскопические воздушные зазоры между процессором и радиатором, улучшая тепловые проводимость и снижение термического сопротивления.
Температура Регулирование	Выше эксплуатационные температуры	Ниже эксплуатационные температуры
	Тепло Дросселя: более высокая вероятность снижения производительности, чтобы предотвратить перегрев	Увеличен Производительность: уменьшенная тепловая дросселя
	Уменьшенный Срок службы компонента: длительные высокие температуры сокращают продолжительность жизни	Повысился Срок службы: лучшее рассеяние тепла усиливает срок службы компонента
	Система Стабильность: более высокие температуры вызывают аварии или неожиданные отключения	Стабильность: Процессор Cooler работает более надежно, уменьшая сбои или выключения
Общий Производительность системы	Уменьшенный Способность выдерживать высокие тактовые скорости	Более стабильная и более высокая система
	Уменьшен общая эффективность	Поддерживает Пиковая производительность в течение более длительных периодов
	Заметно Погрузиться в пользовательский опыт во время вычислительных задач и игр	Выгодный Для высокопроизводительных задач, таких как игры и редактирование видео и редактирование видео
		Более гладкий производительность и потенциально более длительные интервалы между обновлениями оборудования
Количественный Анализ	Праздный Температура: 40 ° C	Праздный Температура: 35 ° C
	Нагрузка Температура: 85 ° C	Нагрузка Температура: 70 ° C
	Тепло Сопротивление: 0,5 ° С/Вт.	Тепло Сопротивление: 0,2 ° С/Вт.

Композиция и свойства термической смазки

Химический состав

Тепловая смазка состоит из основного материала, силиконового или несиликонового, смешанного с проводящими наполнителями.Этот выбор влияет на его тепловую и электрическую проводимость и другие физические признаки.

Базовый материал

Силиконовые смазки популярны благодаря их термической стабильности и сопротивлению разрушению в широком диапазоне температуры.Они также обеспечивают хорошую электрическую изоляцию, что делает их идеальными для применений, нуждающихся в этом свойстве.

Нежиликонные основания, такие как синтетические масла или эфиры, используются, когда важны низкие кровотечения и низкие скорости испарения.Они предпочтительнее в сценариях, где силиконовое загрязнение может быть проблематичным, как в оптических или автомобильных приложениях.

Проводящие наполнители

Обычно используются оксиды металлов, такие как оксид цинка и оксид алюминия, потому что они уравновешивают теплопроводность с электрической изоляцией.

Металлические наполнители, включая серебро, алюминиевые и медные частицы, повышают теплопроводность, но также увеличивают электрическую проводимость, что не подходит для всех применений.

Материалы на основе углерода, такие как графитовые и углеродные нанотрубки, а также керамические частицы, используются для высокой теплопроводности без риска электрической проводимости.

Физические свойства

Теплопроводность: это измеряет способность материала передавать тепло.Тепловые смазки имеют теплопроводности от 0,5 до 10 Вт/мк, причем специализированные типы достигают более высоких значений.Более высокая теплопроводность означает более эффективную теплопередачу.

Вязкость: вязкость влияет на то, насколько легко можно применять смазку и толщину слоя, образованной между поверхностями.Более низкие смазки вязкости легко распространяются и соответствуют тонким применению, в то время как смазки с более высокой вязкостью лучше для больших зазоров или шероховатых поверхностей.

Теплопроизводство: тепловизированный измеряет сопротивление тепловому потоку, учитывая как теплопроводность, так и толщину смазки.Более низкий тепловизированный импеданс лучше для эффективной теплопередачи.

Диапазон рабочих температур: температура смазки должна соответствовать условиям работы устройства или механизма.Некоторые смазки предназначены для экстремальных температур, как низких, так и высоких.

Долговечность: со временем тепловая смазка может высохнуть, затвердеть или мигрировать из зоны применения, снижая эффективность.Состав смазки влияет на его долговечность и как часто ее необходимо повторно применять.

Различные методы применения тепловой смазки

Автоматизированные системы дозирования

Автоматизированные системы дозирования обеспечивают последовательное и точное применение тепловой смазки в профессиональных условиях.Эти системы могут быть запрограммированы на распределение точного количества вставки, необходимого в конкретном месте на процессоре или графическом процессоре, минимизируя человеческую ошибку и изменение толщины применения.Эта автоматизация также ускоряет процесс сборки в производственных средах.

Рисунок 10: Автоматизированная система дозирования

Лазерное приложение

Расширенный метод включает использование лазерной технологии.Лазеры немного нагревают тепловую смазку перед нанесением, уменьшая его вязкость для более равномерного распространения по поверхности чипа.Этот метод особенно полезен для более толстых пасте или когда требуется точность.

ТЕХНИКА ПЕЧАТЕЛЯ ПЕЧАТЬ

Адаптированная из производственной отрасли электроники, экранная печать эффективно применяет тепловую пасту.Маска определяет область применения, а инструмент, похожий на сквиджи, равномерно распределяет пасту по маске, обеспечивая равномерный слой с точными краями.Этот метод лучше всего подходит для сборки нескольких процессоров одновременно.

Рисунок 11: Применение тепловой смазки с помощью печати для экрана

Точные методы трафарета

Методы трафарета включают в себя размещение трафарета на ЦП или графический процессор с апертурами, где паста должна быть применена.Тепловая смазка распространяется на трафарет, а избыток удаляется, обеспечивая постоянную толщину и форму приложенной пасты.

Рисунок 12: Метод трафарета

Применение материала изменения фазы

Материалы изменения фазы (ПКМ) Расточат и затвердевают при определенных температурах, поглощая или высвобождая тепло в процессе.ПКМ могут применяться в виде прокладки или листов, которые таят и соответствуют поверхности чипа при нагревании.Хотя не традиционная паста, PCM предлагают инновационную альтернативу, обеспечивая постоянную теплопроводность без беспорядка жидких соединений.

Ультразвуковое приложение

Ультразвуковое приложение использует вибрации для равномерного распределения тепловой пасты по поверхности чипа.Этот метод идеально подходит для достижения микро-тонкого слоя пасты, в высоких средах.Это также помогает устранить пузырьки воздуха, которые могут препятствовать теплопроводности.

Трехмерная печать тепловых соединений

Новая технология обеспечивает 3D -печать тепловых соединений, что обеспечивает точное осаждение тепловой пасты в шаблонах, которые оптимизируют теплопередачу.Регулируя геометрию приложения пасты в соответствии с тепловым выходом различных областей чипа, этот метод может революционизировать применение тепловых материалов в будущем в будущем.

Заключение

Тепловая смазка хороша для управления теплом в электронных устройствах, что значительно влияет на то, насколько хорошо они работают, насколько они надежны, и как долго они длится.В этой статье подчеркивается важность выбора правильной тепловой смазки путем изучения различных типов и того, как они применяются.Понимание того, как работает тепловая смазка, путем улучшения тепловых путей, снижения теплостойчивости или повышения теплопередачи показывает его роль в проектировании и поддержании электроники.Новые методы применения, такие как автоматизированные системы, лазерные методы и 3D-печать тепловых соединений, предполагают будущее, где возможно точное и эффективное тепловое управление.По мере развития технологий, продолжающиеся исследования в области тепловой смазки, обеспечивающие работу электронных устройств, не имеющих ожиданий в быстро развивающемся мире технологий.

Часто задаваемые вопросы [FAQ]

1. В чем разница между тепловым гелем и термической смазкой?

Термический гель и тепловая смазка - это материалы, используемые для улучшения теплопередачи между компонентами, такими как процессор компьютера и его радиатора.Основное различие заключается в их физических свойствах и методах применения.Тепловая смазка - это вязкая паста, которая требует ручного нанесения, обеспечивающего равномерное распределение для заполнения микроскопических зазоров между поверхностями.С другой стороны, тепловой гель часто поставляется на предварительно приложенных прокладках или в виде полупрофильного обработки, который легче обрабатывать и применять, но он не всегда обеспечивает такой же эффективный слой теплопередачи из-за его предопределенной толщины и меньшей гибкости при заполнениинеровные поверхности.

2. Куда вы ставите тепловую смазку?

Тепловая смазка наносится на поверхность процессора (ЦП или графический процессор) перед прикреплением охлаждающего устройства, как радиатор или жидкий охлаждающий блок.Нанесите тонкий, ровный слой непосредственно на поверхность чипа, где генерируется тепло.Этот слой действует как среда для эффективного переноса тепла от чипа в холодильник, оптимизируя производительность устройства, путем снижения температуры его работы.

3. Каковы недостатки тепловой смазки?

Применение тепловой смазки может быть грязным.Это требует точности, и любое избыточное приложение может привести к разливу на другие компоненты.

Со временем тепловая смазка может высохнуть, терять свою теплопроводность или даже вытекать из поверхностей, что требует повторного применения.

Некоторые тепловые смазки содержат проводящие материалы, которые, если они неправильно применяются, могут привести к коротким цепям или повреждению электронных компонентов.

4. Как долго для тепловой смазки подходит?

Эффективность тепловой смазки длится от 3 до 5 лет в зависимости от качества смазки и условий, при которых работает устройство.Со временем он может высохнуть или ухудшаться из -за тепловых циклов, которые он подвергается, что снижает ее эффективность при передаче тепла.Рекомендуется проверить и заменить тепловую смазку, если температура устройства начинает расти необычно или если устройство обслуживает в течение нескольких лет.

5. Как вы храните тепловую смазку?

Чтобы гарантировать, что тепловая смазка поддерживает свою эффективность, храните его в прохладном, сухом месте вдали от прямого солнечного света.Крышка смазкой трубки должна быть надежно затянута, чтобы предотвратить вход воздуха и сушки смазки.Держите его в вертикальном положении, чтобы избежать утечек и убедиться, что его состав остается последовательным для оптимального применения при следующем использовании.Избегайте экстремальных температур, поскольку они могут изменить химическую структуру смазки, влияя на ее производительность.