на 2024/07/10 466

Какво е термична мазнина?Свойства и употреби

Термичната мазнина помага за прехвърляне на топлина между горещи части като процесори и графични процесори и техните охлаждащи единици, обикновено радиаторни мивки.Тази статия разглежда важната роля на топлинната мазнина, обхващаща неговия състав, качества и как да я използвате, за да се осигури добър топлопренос.Ще обсъдим различни видове термична мазнина, включително силикон, метал, керамика, въглеродна основа и течен метал и как всеки от тях отговаря на специфични нужди.Статията също така обяснява правилния начин за прилагане на термична мазнина върху процесорите, избягване на общи грешки и митове, за да се покаже широката си роля за поддържане на електронните устройства стабилни и ефективни.

Каталог

Фигура 1: Термична мазнина

Как термичната мазнина повишава топлинната проводимост?

Топлинната мазнина, обикновено известна като термична паста, е важна за управлението на топлината в електронните устройства.Основната му функция е да засили преноса на топлина от по -горещ компонент, като процесор или GPU, към по -хладен, като например радиатор, чрез запълване на въздушните пропуски между техните повърхности.На молекулно ниво няколко механизма обясняват как топлинната мазнина подобрява топлинната проводимост:

Повърхностите както на източника на топлина (например, процесор), така и на радиатора изглеждат гладки към простото око, но всъщност са груби и несъвършени в микроскопичен мащаб.Тези несъвършенства създават малки въздушни пропуски, когато повърхностите влизат в контакт и тъй като въздухът е лош проводник на топлина, тези пропуски пречат на топлинния трансфер.Термичната мазнина запълва тези пропуски, замествайки въздуха с материал, който има много по -висока топлинна проводимост, като по този начин повишава ефективността на топлопреминаването.

Термичната мазнина се прави от основен материал като силикон или синтетично масло, смесено с термично проводими частици като метали, керамика или въглерод.Тези частици образуват мрежа от пътища за топлинна проводимост през мазнината, което позволява топлината да пътува по -ефективно, отколкото само през основния материал.Тази мрежа засилва общата топлинна проводимост на интерфейса.

Ефективността на топлопреминаването през интерфейс е обратно пропорционална на топлинната му съпротивление.Подобряване на контакта между източника на топлина и мивката и осигуряване на по -проводима среда, термичната мазнина намалява термичното съпротивление на интерфейса.Това води до по -ефективно разсейване на топлина.

Видове термични мазнини

Мазнини на основата на силикон: Това са най-широко използваните термични мазнини за общи цели.Те съдържат силиконови масла, смесени с метални или керамични проводими частици, като цинков оксид или алуминиев оксид.Те са рентабилни и предлагат умерена топлопроводимост.

Фигура 2: Силиконови основи на мазнини

Метални мазнини: Тези мазнини съдържат метални частици като сребро, алуминий или мед, които са отлични топлинни проводници.Метални мазнини осигуряват по-висока топлопроводимост от такива на базата на силикон и са идеални за високоефективни приложения, като например в игри за игри или сървъри.

Фигура 3: Мразни на базата на метал

Керамични мазнини: Тези мазнини не съдържат метални частици и са съставени от керамични проводници като алуминиев нитрид, бор с бор или силициев карбид.Керамичните мазнини са неелектрично проводими, което ги прави добри за приложения, при които електрическата проводимост може да представлява риск.

Мазнини на базата на въглерод: Включително графит или диамантен прах, тези мазнини използват високата топлинна проводимост на въглеродните материали.Диамантен прах, предлага превъзходна топлопроводимост и се използва в приложения, изискващи изключително разсейване на топлина.

Фигура 4: Грозни на базата на въглерод

Течни метални мазнини: Състои се от сплави като галий, тези мазни се похвалят с висока топлинна проводимост и се използват в екстремни приложения за ефективност.Те обаче са електрически проводими и потенциално корозивни до алуминий, което налага внимателно приложение.

Фигура 5: Течни метални мазнини

Правилно прилагане на термична мазнина на процесора

Стъпка 1: Съберете вашите материали

Преди да започнете, уверете се, че имате:

• Термична мазнина

• Изопропилов алкохол (поне 70%)

• Плат или кафе без мъх

• Пластмасова карта (по избор, за разпространение на паста)

• Процесор и охладител

Стъпка 2: Подгответе работната зона

Настройте се в чисто, без прах и добре осветено пространство.Заземете се, за да избегнете статични щети на компонентите.Използвайте антистатична каишка за китката или периодично докосвате заземен метален обект.

Стъпка 3: Почистете повърхността на процесора

Ако подменяте старата термична паста или почиствате нов процесор, почистете старателно повърхността.Затопете кърпа без мъх с изопропилов алкохол и внимателно избършете повърхността на процесора.Оставете го да изсъхне напълно.

Фигура 6: Почистване на повърхностите на процесора и радиатора

Стъпка 4: Нанесете топлинната мазнина

Нанесете малко количество топлинна мазнина - за размера на грах или тънка линия през центъра на процесора.Твърде много или твърде малко може да създаде проблеми.

Фигура 7: Прилагане на топлинната мазнина

Стъпка 5: Разстелете пастата (незадължително)

За равномерно покритие можете да разпространите пастата с пластмасова карта.Внимавайте, за да избегнете използването на твърде много паста и създаване на въздушни мехурчета.

Стъпка 6: Инсталирайте охладителя на процесора

Поставете по -охладителя върху процесора равномерно.Натиснете леко надолу, за да осигурите добър контакт с термичната паста, след което закрепете охладителя според инструкциите на производителя.Избягвайте усукване или плъзгане на охладителя, за да предотвратите въздушни джобове.

Стъпка 7: Свържете охладителя към захранването

Включете охладителя в заглавката на вентилатора на процесора на дънната платка, за да го захранвате.

Фигура 8: Свързване на вентилатора на процесора с дънната платка

Стъпка 8: Тествайте системата

Захранвайте вашата система.Въведете BIOS, за да проверите дали температурата на процесора се чете нормално и дали вентилаторът на процесора е разпознат и функционира.Следете температурата на процесора при натоварване, за да гарантирате, че всичко работи, както се очаква.

Фигура 9: Тествайте системата

Общи грешки и митове при прилагането на термична мазнина

• Прилагане на твърде много термична мазнина

Често срещано погрешно схващане е, че повече термична паста води до по -добро охлаждане.В действителност целта на термичната мазнина е да запълни микроскопични несъвършенства на повърхностите на процесора и радиатора за подобряване на топлинната проводимост.Той не е предназначен да действа като основен проводник на топлината.Прекомерното приложение може да изолира източника на топлина, намалявайки ефективността на топлопреминаването.Тънък, равномерно разпръснат слой, около дебелината на лист хартия или малка точка с размер на грах в центъра, която се разпространява под налягането на радиатора, е идеално.

• Повторно използване на стара термична мазнина

Повторната употреба на стара термична мазнина след разглобяване на радиатор или смяна на компоненти е друга често срещана грешка.Използваната топлинна мазнина може да изсъхне и да загуби топлинната си проводимост.Когато компонентите са разделени, най -добре е да почистите напълно старата паста и да нанесете свеж слой, за да се осигури оптимален топлинен контакт.

• Използване на неправилни видове термична мазнина

Различните термични мазнини са предназначени за специфични приложения и условия.Някои пасти съдържат съединения на метална основа и са електрически проводими, представляват риск, ако се разпространят върху електрически компоненти и причиняват късо съединение.Изберете непроводима паста за обща употреба, освен ако не сте сигурни в свойствата на проводимостта на продукта и неговото безопасно приложение.

• Вярвайки, че всички термични пасти са еднакви

Съществува мит, че всички термични пасти се представят еднакво добре, така че изборът няма значение.В действителност термичните пасти варират в състава - някои включват сребърни или керамични частици за повишаване на топлинната проводимост.Тези разлики могат да повлияят на производителността, особено при високоефективното изчислително управление на термичното управление.Изследването и избора на паста, която отговаря на вашите специфични нужди и бюджет, си заслужава.

• Игнориране на методите на приложение

Ефективността на термичната паста може да бъде силно повлияна от това колко правилно се прилага.Общите методи включват методите на точката, линията и разпространението.Всяка от тях има предимства в зависимост от типа на процесора и дизайна на радиатора.Например, процесорите с множество ядра могат да се възползват от метода на линията, като се гарантира, че всички ядра получават адекватно покритие.Разбирането на най -подходящия метод на приложение за вашия хардуер гарантира ефективно покритие без преливане.

• Пренебрегване за приготвяне на повърхностите

Правилното приготвяне на повърхностите на процесора и радиатора преди прилагането на топлинна мазнина често се пренебрегва.Прахът, маслото или остатъците могат да създадат бариера, която инхибира ефективния пренос на топлина.Почистване на двете повърхности с кърпа без мъх и изопропилов алкохол, преди да нанесете пастата, за да се гарантира, че те са чисти и сухи.

Роля на топлинната грес

Таблицата по -долу сравнява топлинната характеристика на процесор със и без прилагането на термична мазнина.

Аспект	Без термична мазнина	С термична мазнина
Топлина Ефективност на трансфера	Контакт между процесора и радиатора е по -малко ефективен поради микроскопичните несъвършенства и въздушни пропуски, което води до неоптимална топлинна проводимост и по -висока топлинна устойчивост.	Пълнежи Микроскопични пролуки на въздуха между процесора и радиатора, подобряване на термичния Проводимост и намаляване на топлинното съпротивление.
Температура Регулация	По -високо работни температури	По -ниско работни температури
	Термичен Дросел: По -голяма вероятност за намаляване на производителността за предотвратяване на прегряване	Подобрен Изпълнение: Намалено термично дроселиране
	Намален Живот на компонента: Продължителните високи температури Съкращават продължителността на живота	Увеличен Продължителност на живота: По -доброто разсейване на топлина повишава живота на компонента
	Система Стабилност: По -високите температури причиняват сривове или неочаквани изключвания	Стабилност: Процесорът по -хладен работи по -надеждно, намалявайки сривове или изключвания
Като цяло Производителност на системата	Намален Възможност за поддържане на високи скорости на часовника	Още Стабилна и по-високоефективна система
	Намалено Обща ефективност	Поддържа Пиково изпълнение за по -дълги периоди
	Забележимо отпадане на потребителското изживяване по време на изчислителни задачи и игри	Полезен За задачи за висока обработка на мощност като игри и редактиране на видео
		По -гладко производителност и потенциално по -дълги интервали между хардуерните надстройки
Количествен Анализ	Бездействащ Температура: 40 ° C	Бездействащ Температура: 35 ° C
	Зареждане Температура: 85 ° C	Зареждане Температура: 70 ° C
	Термичен Съпротивление: 0,5 ° C/W	Термичен Съпротивление: 0,2 ° C/W

Състав и свойства на термичната мазнина

Химичен състав

Термичната мазнина се състои от основен материал, силикон или несиликон, смесен с проводими пълнители.Тези избори засягат неговата топлинна и електрическа проводимост и други физически черти.

Основен материал

Силиконовите мазнини са популярни заради термичната си стабилност и устойчивост на разрушаване в широк температурен диапазон.Те също така осигуряват добра електрическа изолация, което ги прави идеални за приложения, нуждаещи се от това свойство.

Несиликоновите основи, като синтетични масла или естери, се използват, когато са важни ниските и ниските скорости на изпаряване.Те са предпочитани в сценарии, при които силиконовото замърсяване може да бъде проблематично, като в оптични или автомобилни приложения.

Проводими пълнители

Метални оксиди, като цинков оксид и алуминиев оксид, обикновено се използват, тъй като балансират топлинната проводимост с електрическа изолация.

Метални пълнители, включително сребърни, алуминиеви и медни частици, засилват топлинната проводимост, но също така увеличават електрическата проводимост, което не е подходящо за всички приложения.

Материали на базата на въглерод като графит и въглеродни нанотръби, както и керамични частици, се използват за висока топлопроводимост без риск от електрическа проводимост.

Физически свойства

Топлинна проводимост: Това измерва способността на материала да прехвърля топлина.Топлинните мазни имат термична проводимост от 0,5 до 10 w/mk, като специализираните видове достигат по -високи стойности.По -високата топлопроводимост означава по -ефективен пренос на топлина.

Вискозитет: Вискозитетът влияе на това колко лесно може да се приложи мазнината и дебелината на слоя, образуван между повърхностите.По -ниските вискозитети се разпространяват лесно и отговарят на тънки приложения, докато по -високите мазнини за вискозитет са по -добри за по -големи пропуски или груби повърхности.

Термичен импеданс: Термичният импеданс измерва устойчивостта на топлинния поток, като се има предвид както топлопроводимостта, така и дебелината на мазнини.По -ниският термичен импеданс е по -добър за ефективен пренос на топлина.

Работен температурен диапазон: Температурният диапазон на мазнината трябва да съответства на работните условия на устройството или машината.Някои мазнини са проектирани за екстремни температури, както ниски, така и високи.

Издръжливост: С течение на времето топлинната мазнина може да изсъхне, втвърди или мигрира от зоната на приложение, намалявайки ефективността.Формулирането на мазнини влияе върху неговата издръжливост и колко често трябва да се прилага отново.

Различни методи за прилагане на термична мазнина

Автоматизирани системи за разпределяне

Автоматизираните системи за разпределяне гарантират последователното и прецизно прилагане на топлинната мазнина в професионалните настройки.Тези системи могат да бъдат програмирани да разпределят точното количество паста, необходимо на конкретното място на процесор или графичен процесор, като свежда до минимум човешките грешки и вариацията в дебелината на приложението.Тази автоматизация също ускорява процеса на сглобяване в производствени среди.

Фигура 10: Автоматизирана система за разпределяне

Лазерно подпомагано приложение

Усъвършенстваният метод включва използването на лазерна технология.Лазерите загряват топлинната мазнина леко преди нанасяне, намалявайки вискозитета си за по -равномерно разпространение по повърхността на чипа.Тази техника е особено полезна за по -дебели пасти или когато е необходима точност.

Техники за печат на екрана

Адаптиран от производствената индустрия на електрониката, печатът на екрана се прилага ефективно термична паста.Маска определя областта на приложението и инструмент, подобен на чистач, разпространява равномерно пастата по маската, като осигурява равномерен слой с прецизни ръбове.Този метод е най -подходящ за сглобяване на множество процесори едновременно.

Фигура 11: Прилагане на термична мазнина чрез печат на екрана

Прецизни методи на шаблона

Методите на шаблона включват поставяне на шаблон върху процесора или GPU с отвори, където трябва да се прилага пастата.Термичната мазнина се разпространява върху шаблона и излишъкът се отстранява, като се гарантира постоянна дебелина и форма на приложената паста.

Фигура 12: Метод на шаблона

Приложение на материала за промяна на фазата

Материали за промяна на фазата (PCMS) се стопяват и втвърдяват при специфични температури, абсорбиращи или освобождаващи топлина в процеса.PCMS може да се прилага като подложки или листове, които се стопят и съответстват на повърхността на чипа при нагряване.Въпреки че не е традиционна паста, PCM предлагат иновативна алтернатива, осигурявайки постоянна топлопроводимост без бъркотията на течните съединения.

Ултразвуково приложение

Ултразвуковото приложение използва вибрации, за да разпредели равномерно термична паста по повърхността на чипа.Тази техника е идеална за постигане на микро-тънък слой паста, във високо прецизна среда.Освен това помага да се елиминира въздушните мехурчета, които могат да възпрепятстват топлинната проводимост.

Триизмерен печат на термични съединения

Възникващата технология позволява 3D отпечатване на топлинни съединения, което позволява прецизно отлагане на термична паста в модели, които оптимизират преноса на топлина.Чрез регулиране на геометрията на приложението Paste според топлинната мощност на различни зони на чип, този метод може да направи революция в прилагането на термични интерфейсни материали в бъдеще.

Заключение

Топлинната мазнина е добра за управление на топлината в електронните устройства, което значително влияе на това колко добре работят, колко надеждни са и колко дълго продължават.Тази статия подчертава важността на избора на правилната топлинна мазнина чрез изследване на различните видове и как се прилагат.Разбирането на това как работи термичната мазнина, чрез подобряване на топлинните пътища, намаляването на топлинното съпротивление или засилването на топлопредаването показва ролята му в проектирането и поддържането на електрониката.Нови методи на приложение като автоматизирани системи, лазерно подпомагани техники и 3D печат на термични съединения предполагат бъдеще, при което е възможно прецизно и ефективно термично управление.С напредването на технологиите, текущите изследвания в термичната мазнина, гарантирането на електронните устройства изпълняват извън очакванията в бързо развиващия се технологичен свят.

Често задавани въпроси [FAQ]

1. Каква е разликата между термичния гел и термичната мазнина?

Термичният гел и термичната мазнина са материали, използвани за подобряване на преноса на топлина между компоненти като процесора на компютъра и неговия радиатор.Основната разлика се крие в техните физични свойства и методи на приложение.Термичната мазнина е вискозна паста, която изисква ръчно приложение, като се гарантира, че тя се разпространява равномерно за запълване на микроскопични пропуски между повърхностите.От друга страна, термичният гел често се предлага в предварително приложени подложки или като полутвърд, който е по-лесен за работа и нанасяне, но не винаги може да осигури толкова ефективен слой за топлопреминаване поради предварително определената си дебелина и по-малка гъвкавост при пълнененеравномерни повърхности.

2. Къде поставяте термична мазнина?

Термичната мазнина се прилага върху повърхността на процесора (CPU или GPU), преди да се прикрепи охлаждащо устройство като топлинен или течен охлаждащ блок.Нанесете тънък, равномерен слой директно върху повърхността на чипа, където се генерира топлината.Този слой действа като среда за ефективно прехвърляне на топлина от чипа към охладителя, оптимизирайки работата на устройството, като понижава работната му температура.

3. Какви са недостатъците на топлинната мазнина?

Прилагането на термична мазнина може да бъде разхвърляно.Това изисква прецизност и всяко излишно приложение може да доведе до разливане върху други компоненти.

С течение на времето топлинната мазнина може да изсъхне, да загуби топлинната си проводимост или дори да изтече между повърхностите, което налага повторно приложение.

Някои термични мазни съдържат проводими материали, които, ако се прилагат неправилно, могат да доведат до късо съединение или повреда на електронните компоненти.

4. За колко дълго е полезно термичната мазнина?

Ефективността на топлинната мазнина продължава между 3 до 5 години в зависимост от качеството на мазнината и условията, при които устройството работи.С течение на времето може да изсъхне или да се влоши поради топлинните цикли, в които претърпява, което намалява ефективността му при прехвърляне на топлина.Препоръчително е да проверите и замените топлинната мазнина, ако температурите на устройството започнат да се повишават необичайно или ако устройството е в експлоатация от няколко години.

5. Как съхранявате термична мазнина?

За да сте сигурни, че термичната мазнина поддържа своята ефикасност, съхранявайте я на хладно, сухо място далеч от пряката слънчева светлина.Капачката на мазнината на тръбата трябва да се затегне здраво, за да се предотврати навлизането на въздух и изсушаването на мазнината.Дръжте го в изправено положение, за да избегнете течове и да се уверите, че съставът му остава последователен за оптимално приложение, когато се използва следващо.Избягвайте екстремни температури, тъй като те могат да променят химическата структура на мазнината, влияещи върху неговите показатели.