Teplovodivé pasty aneb Kdo maže ten jede

Problematikou snižování tepelného odporu mezi procesorem a chladičem se zabývali dříve zejména zvídaví přetaktovávači / experimentátoři - pro ostatní to bylo tehdy "téma pro fanatiky". Co se však týče dnešních vysoce taktovaných procesorů, jsme dnes všichni s nimi tak trochu na stejné lodi - dnes totiž i "civilní" procesory dokážou "žhavit" 50-80W tepla a v té situaci je optimalizace tepelného spoje "procesor - chladič" záležitostí stabilního nebo nestabilního počítače.

V první části se vám pokusím vysvětlit základní problémy se kterými se potýkáme, chceme-li účinně chladit naše "procesorové" miláčky - pokud se nechcete probírat pojmy jako tepelný odpor (např. máte k těmto pojmům odpor) přejděte ihned k další (slibuji "živější") kapitole.

Funkce chladiče procesoru:

  • musí co nejlépe převzít tepelnou energii z plochy čipu
  • tato energie musí být rychle v těle chladiče rozvedena
  • tuto absorbovanou energii musí chladič co nejlépe rozptýlit

Pokud není kvalitní KAŽDÁ část tohoto tepelného řetězce, pak je ve skutečnosti ohrožena celková účinnost "odčerpávání tepla" z procesoru - nezávisle na tom, jak jsou jeho ostatní články kvalitní nebo drahé.

Co dnes budeme zejména řešit: převzetí energie

První "štací" kterou můžeme v našem malém tepelném řetězci ovlivnit je rozhraní "procesor-chladič". Jedná se o dotykovou plochu jež vznikne mezi povrchem procesoru a základnou chladiče. Našim cílem je, aby byl tepelný odpor tohoto spoje co nejnižší - čím méně dokonalý tento spoj bude, tím více se bude zahřívat procesor. Přesto, že se jedná o relativně malou plochu s ještě menší šířkou, může zde vzniknout tepelný spád 2 až 10oC.

Pokud přiložíte pouhý "holý" chladič (ten je většinou pokrytý mikroskopickými nerovnostmi - bývá broušený či eloxovaný) přímo na plochu procesoru, nastane přibližně tento případ (cca 30x zvětšeno):

V místě kde jsou mikronerovnosti (a ty jsou s technologii výroby hliníkových polotovarů přímo spjaty) dojde k přímému dotyku jen v místech "vrcholků" - reálně asi na 5-10% plochy. V nerovnostech je pak uzavřen vzduch jež je velmi špatným tepelným vodičem (0.025W/mK) - i když je ho velmi málo. Protože dokonalé "slícování" je prakticky nemožné, zaměřujeme se u tohoto rozhraní na zlepšení tepelné vodivosti mezidotykových ploch tím, že dotykovou plochu opatřujeme speciálními tepelnými "prostředníky" - pastami či polotuhými "polštářky".

Tepelné podložky na bázi PCTC

V minulosti bylo velice populární použití tepelněvodivých polštářků s polotuhým materiálem typu PCTC. Tento materiál se na chladičích vyskytuje většinou ve formě růžových čtverečků přikrytých inertním papírem (ten se před montáží se samozřejmě odstraňuje).


...teplovodivé "pady" berte jen u procesorů do 1GHz
(vždy je však nutné odstranit krycí papír / folii !)

Materiál PCTC procházejícím teplem sice změkne, stále však zůstává polotuhou hmotou s vysokou viskozitou.

Vedení tepla materiálem PCTC je dnes vhodné pouze v případě nejnižších nároků na chlazení. Relativní nepoddajnost materiálu způsobuje, že zvětšuje šířku celého přechodového pásma na neúnosnou míru a navíc neplní podmínku vyplňování mikronerovností.

PCTuning tip: Pokud máte jakoukoliv z níže vyjmenovaných tepelných past (i například "jen" silikonovou) a na vašem chladiči je růžový čtvereček termálního "padu", pečlivě jej odstraňte np. opatrným seškrábáním starou telefonní kartou. Čtvereček můžete také snadno umýt acetonem, ředidlem nebo technickým benzínem - jako hadřík použijte kousek toaletního papíru.

Tepelně vodivé pasty

Pasty mají nižší viskozitu - vytvoří tenčí vrstvu a téměř dokonale vyplní "vzduchové mikrokapsy". Můžeme je rozdělit do tří základních skupin:

Na bázi silikonu (průhledné)...


..."otlačený" čtvereček - zde se dotýkal Athlon XP 1600+

Pasty s plnivem z kysličníků kovů...

Bývají buďto bílé nebo šedé barvy a využívají nejčastěji kysličníků hliníku (méně již kysličníků zinku). Jejich tepelná vodivost bývá vyšší než u silikonu - cca 0.4W/mK.

Pasty na bázi kovových částic (nejčastěji stříbra)...

Zde je nápad jednoduchý: jako plnivo pasty lze místo méně vodivých kysličníků použít mikronové částečky kovu - nejčastěji čistého stříbra, jež je vynikajícím tepelným vodičem.

Průkopníkem v této oblasti je řada "Arctic Silver"... Pokračujme však analýzou našeho tepelného řetězce:

Rozvedení energie v těle chladiče...

Je otázkou určité robustnosti základny radiátoru chladiče - při tenké základně teplo nepostupuje dostatečně do periferních částí chladiče, tam kde má být odevzdáváno proudícímu vzduchu. Dalším kritériem je i vlastní materiál základny - tím bývá hliník nebo měď (ta nabízí až 5-10x vyšší tepelnou vodivost, avšak je dražší a hůře opracovatelná).

Poznámka: Pokud se použije měděná základnová destička v kombinaci s hliníkovým radiátorem (tato kombinace je v poslední době stále častější), musí se navíc ještě řešit vnitřní mechanické, tepelné i elektrochemické spojení obou těchto kovů.

...rozptýlení tepelné energie do okolí

To se jeví jako třetí klíčový faktor. Teplo se v klasickém chladiči předává vzduchu který proudí kolem žebrované části chladiče. Zde hraje roli:

  • tok vzduchu - závisí na větráku a vlastní konstrukci chladiče. Je důležité jeho:
    - proudění (nevířivé, laminární proudění poskytuje nejvyšší využití toku)
    - a objem (uváděno v cf/m - kubické stopy za minutu)
  • další faktor: hustota žebrování,
  • okolní teplota a z toho plynoucí teplotní gradient (teplotní spád mezi chladičem a okolím),
  • materiál a povrchová struktura žeber (hliník je velmi vhodný vzhledem ke své povrchové struktuře a dobré tepelné vodivosti povrchové vrstvy okysličeného kovu).

Nechejme však nezáživné teorie a podívejme se na praxi...

Témata článku: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,