Cos'è il grasso termico?Proprietà e usi

Il grasso termico aiuta a trasferire calore tra parti calde come CPU e GPU e le loro unità di raffreddamento, di solito i dissipatori di calore.Questo articolo esamina l'importante ruolo del grasso termico, coprendo la sua composizione, qualità e come usarlo per garantire un buon trasferimento di calore.Discuteremo diversi tipi di grasso termico, tra cui silicone, metallo, ceramica, a base di carbonio e metallo liquido e come ognuno soddisfa le esigenze specifiche.L'articolo spiega anche il modo giusto per applicare il grasso termico sulle CPU, evitando errori e miti comuni, per mostrare il suo ampio ruolo nel mantenere i dispositivi elettronici stabili ed efficienti.

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Figura 1: grasso termico

In che modo il grasso termico migliora la conduzione del calore?

Il grasso termico, comunemente noto come pasta termica, è importante nella gestione del calore in dispositivi elettronici.La sua funzione principale è quella di aumentare il trasferimento di calore da un componente più caldo, come una CPU o GPU, a una più fresca, come un dissipatore di calore, riempiendo gli spazi aria tra le loro superfici.A livello molecolare, diversi meccanismi spiegano come il grasso termico migliora la conduzione del calore:

Le superfici sia della fonte di calore (ad es. Una CPU) che del dissipatore di calore appaiono liscio a occhio nudo ma sono in realtà ruvide e imperfette su scala microscopica.Queste imperfezioni creano piccoli lacune d'aria quando le superfici entrano in contatto e poiché l'aria è un scarso conduttore di calore, questi spazi vuoti ostacolano il trasferimento termico.Il grasso termico riempie questi lacune, sostituendo l'aria con un materiale che ha una conducibilità termica molto più elevata, migliorando così l'efficienza di trasferimento di calore.

Il grasso termico è realizzato con materiale di base come silicone o olio sintetico miscelato con particelle termicamente conduttive come metalli, ceramica o carbonio.Queste particelle formano una rete di percorsi di conduzione del calore attraverso il grasso, consentendo al calore di viaggiare in modo più efficiente rispetto al solo materiale di base.Questa rete aumenta la conduttività termica complessiva dell'interfaccia.

L'efficienza del trasferimento di calore attraverso un'interfaccia è inversamente proporzionale alla sua resistenza termica.Migliorando il contatto tra la fonte di calore e il lavandino e fornendo un mezzo più conduttivo, il grasso termico riduce la resistenza termica all'interfaccia.Ciò si traduce in una dissipazione del calore più efficace.

Tipi di grassi termici

Grassi a base di silicone: questi sono i gradi termici più utilizzati per scopi generali.Contengono oli di silicone miscelati con particelle conduttive metalliche o ceramiche come ossido di zinco o ossido di alluminio.Sono economici e offrono una moderata conducibilità termica.

Figura 2: gradi a base di silicone

Grassi a base di metallo: Questi grassi contengono particelle di metallo come argento, alluminio o rame, che sono eccellenti conduttori di calore.I gradi a base di metalli forniscono una conduttività termica più elevata rispetto a quelli a base di silicone e sono ideali per applicazioni ad alte prestazioni, come i PC o i server da gioco.

Figura 3: grassi a base di metallo

Grassi a base di ceramica: Questi grassi non contengono particelle metalliche e sono composti da conduttori ceramici come nitruro di alluminio, nitruro di boro o carburo di silicio.I grassi a base di ceramica sono non conduttivi non elettricamente, rendendoli buoni per le applicazioni in cui la conducibilità elettrica potrebbe comportare un rischio.

Grassi a base di carbonio: compresi grafite o polvere di diamante, questi grassi sfruttano l'elevata conduttività termica dei materiali di carbonio.Diamond Powder, offre conducibilità termica superiore e viene utilizzato in applicazioni che richiedono un'eccezionale dissipazione del calore.

Figura 4: grassi a base di carbonio

Grassi di metallo liquido: Comprendendo leghe come il gallio, questi grassi vantano conducibilità termica elevata e sono utilizzati in applicazioni di prestazioni estreme.Tuttavia, sono elettricamente conduttivi e potenzialmente corrosivi all'alluminio, che richiedono un'attenta applicazione.

Figura 5: grassi di metallo liquido

Corretta applicazione del grasso termico su CPU

Passaggio 1: raccogli i tuoi materiali

Prima di iniziare, assicurati di avere:

• Grasso termico

• Alcool isopropilico (almeno il 70%)

• Filtro di stoffa o caffè senza lanugine

• Carta di plastica (opzionale, per la diffusione della pasta)

• CPU e dispositivo di raffreddamento

Passaggio 2: preparare l'area di lavoro

Impostare in uno spazio pulito, senza polvere e ben illuminato.Mettiti a terra per evitare danni statici ai componenti.Usa una cinghia di polso antistatico o tocca periodicamente un oggetto metallico a terra.

Passaggio 3: pulire la superficie della CPU

Se si sostituisce la vecchia pasta termica o la pulizia di una nuova CPU, pulire accuratamente la superficie.Studiare un panno senza lancio con alcool isopropilico e pulire delicatamente la superficie della CPU.Lascialo asciugare completamente.

Figura 6: pulire la CPU e le superfici del dissipatore di calore

Passaggio 4: applicare il grasso termico

Applicare una piccola quantità di grasso termico, circa le dimensioni di un pisello o una linea sottile attraverso il centro della CPU.Troppo o troppo poco può causare problemi.

Figura 7: Applicazione del grasso termico

Passaggio 5: diffondere la pasta (opzionale)

Per una copertura uniforme, puoi diffondere la pasta con una carta di plastica.Fai attenzione a evitare di usare troppe pasta e creare bolle d'aria.

Passaggio 6: installare il dispositivo di raffreddamento della CPU

Posizionare uniformemente il dispositivo di raffreddamento sulla CPU.Premere leggermente verso il basso per garantire un buon contatto con la pasta termica, quindi fissare il dispositivo di raffreddamento secondo le istruzioni del produttore.Evita di torcere o far scorrere il dispositivo di raffreddamento per prevenire le tasche dell'aria.

Passaggio 7: collegare il dispositivo di raffreddamento alla potenza

Collegare il dispositivo di raffreddamento all'intestazione della ventola CPU della scheda madre per alimentarlo.

Figura 8: Collegamento della ventola della CPU alla scheda madre

Passaggio 8: testare il sistema

Accendi il tuo sistema.Immettere il BIOS per verificare se la temperatura della CPU legge normalmente e se la ventola della CPU è riconosciuta e funzionante.Monitorare la temperatura della CPU sotto carico per garantire che tutto funzioni come previsto.

Figura 9: testare il sistema

Errori e miti comuni nell'applicazione del grasso termico

• Applicare troppo grasso termico

Un malinteso comune è che più pasta termica porta a un migliore raffreddamento.In realtà, lo scopo del grasso termico è quello di riempire le imperfezioni microscopiche sulla CPU e le superfici del dissipatore di calore per migliorare la conduzione del calore.Non ha lo scopo di agire come principale conduttore di calore.L'applicazione eccessiva può isolare la fonte di calore, riducendo l'efficienza di trasferimento di calore.Uno strato sottile e uniformemente diffuso, circa lo spessore di un foglio di carta o un piccolo punto di dimensioni di piselli al centro che si diffonde sotto la pressione del dissipatore di calore, è l'ideale.

• Riutilizzo del vecchio grasso termico

Riutilizzare il vecchio grasso termico dopo aver disassemblato un dissipatore di calore o cambiare componenti è un altro errore comune.Il grasso termico usato può asciugare e perdere la sua conducibilità termica.Quando i componenti sono separati, è meglio pulire completamente la vecchia pasta e applicare un nuovo strato per garantire un contatto termico ottimale.

• Utilizzo di tipi errati di grasso termico

Diversi grassi termici sono progettati per applicazioni e condizioni specifiche.Alcune paste contengono composti a base di metallo e sono elettricamente conduttivi, ponendo un rischio se si diffondono su componenti elettrici e causano un corto circuito.Scegli una pasta non conduttiva per uso generale a meno che tu non sia sicuro delle proprietà di conducibilità del prodotto e della sua applicazione sicura.

• Credere che tutte le paste termiche siano le stesse

Esiste un mito che tutte le paste termiche si comportano ugualmente bene, quindi la scelta non ha importanza.In realtà, le paste termiche variano nella composizione: alcune includono particelle d'argento o ceramiche per migliorare la conduttività termica.Queste differenze possono influire sulle prestazioni, specialmente nella gestione termica elaborazione ad alte prestazioni.È utile ricercare e selezionare una pasta adatta alle tue esigenze e budget specifici.

• Ignorare i metodi di applicazione

L'efficacia della pasta termica può essere fortemente influenzata da quanto correttamente viene applicata.I metodi comuni includono i metodi DOT, Line e Spread.Ognuno ha vantaggi a seconda del tipo di processore e del design del dissipatore di calore.Ad esempio, le CPU con più core potrebbero beneficiare del metodo di linea, garantendo che tutti i core ottengano una copertura adeguata.Comprendere il metodo dell'applicazione più adatto per l'hardware garantisce una copertura efficiente senza overflow.

• trascurando di preparare le superfici

La preparazione corretta delle superfici della CPU e del dissipatore di calore prima di applicare il grasso termico viene spesso trascurata.Polvere, olio o residuo può creare una barriera che inibisce un efficace trasferimento di calore.Pulire entrambe le superfici con un panno senza lanugine e alcool isopropilico prima di applicare la pasta per assicurarsi che siano pulite e asciutte.

Ruolo del grasso termico

La tabella seguente confronta le prestazioni termiche di un processore con e senza l'applicazione del grasso termico.

Aspetto	Senza grasso termico	Con grasso termico
Calore Trasferimento efficienza	Contatto tra il processore e il dissipatore di calore è meno efficace a causa del microscopico imperfezioni e lacune d'aria, con conseguente conducibilità termica non ottimale e maggiore resistenza termica.	Riempi Gap d'aria microscopici tra il processore e il dissipatore di calore, migliorando il termico conduttività e riduzione della resistenza termica.
Temperatura Regolamento	Più alto temperature operative	Inferiore temperature operative
	Termico Trotting: maggiore probabilità di riduzione delle prestazioni per prevenire il surriscaldamento	Migliorato Performance: ridotta battuta termica
	Ridotto Destione della vita dei componenti: alte temperature prolungate riducono la durata della vita	Aumentato Durata della vita: una migliore dissipazione del calore migliora la durata della vita dei componenti
	Sistema Stabilità: temperature più elevate causano incidenti o arresti imprevisti	Stabilità: Il processore più fresco funziona in modo più affidabile, riducendo gli arresti anomali o gli arresti
Complessivamente Prestazioni del sistema	Ridotto Capacità di sostenere alte velocità di clock	Di più Sistema stabile e ad alta prestazione
	Diminuito Efficienza complessiva	Sostengono Prestazioni di picco per periodi più lunghi
	Evidente Fai cadere l'esperienza dell'utente durante le attività computazionali e i giochi	Benefico Per attività di alimentazione ad alta elaborazione come i giochi e l'editing video
		Più fluido prestazioni e intervalli potenzialmente più lunghi tra gli aggiornamenti hardware
Quantitativo Analisi	Oziare Temperatura: 40 ° C	Oziare Temperatura: 35 ° C
	Carico Temperatura: 85 ° C	Carico Temperatura: 70 ° C
	Termico Resistenza: 0,5 ° C/W	Termico Resistenza: 0,2 ° C/W

Composizione e proprietà del grasso termico

Composizione chimica

Il grasso termico è costituito da un materiale di base, silicone o non silicone, miscelato con riempitivi conduttivi.Queste scelte influenzano la sua conduttività termica ed elettrica e altri tratti fisici.

Materiale di base

I gradi a base di silicone sono popolari per la loro stabilità termica e resistenza alla rottura su un ampio intervallo di temperatura.Forniscono anche un buon isolamento elettrico, rendendoli ideali per le applicazioni che necessitano di questa proprietà.

Le basi non silicone, come oli sintetici o esteri, vengono utilizzate quando sono importanti bassi tassi di evaporazione e bassi e di evaporazione.Questi sono preferiti negli scenari in cui la contaminazione del silicone potrebbe essere problematica, come nelle applicazioni ottiche o automobilistiche.

Riempitivi conduttivi

Gli ossidi metallici, come l'ossido di zinco e l'ossido di alluminio, sono comunemente usati perché bilanciano la conduttività termica con l'isolamento elettrico.

I riempitivi metallici, tra cui particelle di argento, alluminio e rame, aumentano la conducibilità termica ma aumentano anche la conduttività elettrica, che non è adatta a tutte le applicazioni.

I materiali a base di carbonio come grafite e nanotubi di carbonio, nonché particelle ceramiche, sono usati per la conduttività termica elevata senza il rischio di conduzione elettrica.

Proprietà fisiche

Conducibilità termica: ciò misura la capacità del materiale di trasferire calore.I grassi termici hanno conduzioni termiche da 0,5 a 10 W/mk, con tipi specializzati che raggiungono valori più alti.Una maggiore conduttività termica significa un trasferimento di calore più efficace.

Viscosità: la viscosità influisce sulla facilità con cui il grasso può essere applicato e lo spessore dello strato formato tra le superfici.I grassi di viscosità più bassi si diffondono facilmente e si adattano a applicazioni sottili, mentre i gradi di viscosità più elevati sono migliori per spazi vuoti o superfici ruvide.

Impedenza termica: impedenza termica misura la resistenza al flusso di calore, considerando sia la conduttività termica che lo spessore dello strato di grasso.L'impedenza termica inferiore è migliore per un efficiente trasferimento di calore.

Intervallo di temperatura operativo: l'intervallo di temperatura del grasso deve corrispondere alle condizioni operative del dispositivo o dei macchinari.Alcuni grassi sono progettati per temperature estreme, sia basse che alte.

Durabilità: nel tempo, il grasso termico può asciugare, indurirsi o migrare dall'area di applicazione, riducendo l'efficacia.La formulazione del grasso influisce sulla sua durata e la frequenza con cui è necessario riapplicare.

Metodi diversi per applicare il grasso termico

Sistemi di erogazione automatizzati

I sistemi di erogazione automatizzati garantiscono l'applicazione coerente e precisa del grasso termico in contesti professionali.Questi sistemi possono essere programmati per dispensare l'esatta quantità di pasta richiesta nella posizione specifica su una CPU o GPU, minimizzando l'errore umano e la variazione dello spessore dell'applicazione.Questa automazione accelera anche il processo di assemblaggio negli ambienti di produzione.

Figura 10: sistema di erogazione automatizzato

Applicazione assistita da laser

Un metodo avanzato prevede l'uso della tecnologia laser.I laser riscaldano leggermente il grasso termico prima dell'applicazione, riducendo la sua viscosità per una diffusione più uniforme sulla superficie del chip.Questa tecnica è particolarmente utile per le paste più spesse o quando è necessaria la precisione.

Tecniche di stampa dello schermo

Adattato dall'industria manifatturiera elettronica, la stampa sullo schermo applica in modo efficiente la pasta termica.Una maschera definisce l'area dell'applicazione e uno strumento simile a uno spremuta allarga la pasta uniformemente attraverso la maschera, garantendo uno strato uniforme con bordi precisi.Questo metodo è meglio per assemblare più processori contemporaneamente.

Figura 11: Applicazione del grasso termico tramite la stampa schermata

Metodi di stencil precisi

I metodi di stencil prevedono il posizionamento di uno stencil sulla CPU o sulla GPU con aperture in cui la pasta dovrebbe essere applicata.Il grasso termico viene distribuito sullo stencil e l'eccesso viene rimosso, garantendo uno spessore e la forma costante della pasta applicata.

Figura 12: metodo dello stencil

Applicazione del materiale di cambio di fase

Materiali di cambio di fase (PCMS) si scioglie e si solidifica a temperature specifiche, assorbendo o rilasciando calore nel processo.I PCM possono essere applicati come cuscinetti o fogli che si sciolgono e si conformano alla superficie del chip quando riscaldati.Sebbene non sia una pasta tradizionale, i PCM offrono un'alternativa innovativa, fornendo una conduttività termica costante senza il casino di composti liquidi.

Applicazione ad ultrasuoni

L'applicazione ad ultrasuoni utilizza vibrazioni per distribuire uniformemente la pasta termica attraverso la superficie del chip.Questa tecnica è ideale per raggiungere uno strato di pasta micro-sottile, in ambienti ad alta precisione.Aiuta anche a eliminare le bolle d'aria che possono ostacolare la conduttività termica.

Stampa tridimensionale di composti termici

La tecnologia emergente consente la stampa 3D di composti termici, consentendo una deposizione precisa di pasta termica nei motivi che ottimizzano il trasferimento di calore.Regolando la geometria dell'applicazione in pasta in base alla produzione di calore di diverse aree di chip, questo metodo potrebbe rivoluzionare l'applicazione di materiali di interfaccia termica in futuro.

Conclusione

Il grasso termico fa bene alla gestione del calore in dispositivi elettronici, influisce notevolmente su quanto funzionano, quanto sono affidabili e per quanto durano.Questo articolo evidenzia l'importanza di scegliere il giusto grasso termico esaminando i diversi tipi e come vengono applicati.Comprendere come funziona il grasso termico, migliorando i percorsi di calore, abbassando la resistenza termica o aumentando il trasferimento di calore mostra il suo ruolo nella progettazione e nel mantenimento dell'elettronica.Nuovi metodi di applicazione come sistemi automatizzati, tecniche assistite dal laser e la stampa 3D di composti termici suggeriscono un futuro in cui è possibile una gestione termica precisa ed efficiente.Man mano che la tecnologia avanza, la ricerca in corso nel grasso termico, garantendo che i dispositivi elettronici si comportano oltre le aspettative in un mondo tecnologico in rapida evoluzione.

Domande frequenti [FAQ]

1. Qual è la differenza tra gel termico e grasso termico?

Il gel termico e il grasso termico sono materiali utilizzati per migliorare il trasferimento di calore tra componenti come la CPU di un computer e il suo dissipatore di calore.La differenza principale risiede nelle loro proprietà fisiche e metodi di applicazione.Il grasso termico è una pasta viscosa che richiede un'applicazione manuale, garantendo che si diffonde uniformemente per colmare le lacune microscopiche tra le superfici.D'altra parte, il gel termico è spesso disponibile in cuscinetti pre-applicati o come semi-solido che è più facile da gestire e applicare, ma potrebbe non fornire sempre un livello di trasferimento di calore a causa del suo spessore predefinito e meno flessibilitàsuperfici irregolari.

2. Dove metti il ​​grasso termico?

Il grasso termico viene applicato sulla superficie del processore (CPU o GPU) prima di collegare un dispositivo di raffreddamento come un dissipatore di calore o un blocco di raffreddamento a liquido.Applicare uno strato sottile, uniforme direttamente sulla superficie del chip in cui viene generato il calore.Questo strato funge da mezzo per trasferire in modo efficiente il calore dal chip al dispositivo di raffreddamento, ottimizzando le prestazioni del dispositivo abbassando la temperatura operativa.

3. Quali sono gli svantaggi del grasso termico?

L'applicazione del grasso termico può essere disordinato.Richiede precisione e qualsiasi applicazione in eccesso può portare a una fuoriuscita su altri componenti.

Nel tempo, il grasso termico può asciugarsi, perdere la sua conduttività termica o persino fuoriuscire tra le superfici, che richiede la riapplicazione.

Alcuni grassi termici contengono materiali conduttivi che, se applicati in modo improprio, potrebbero portare a cortocircuiti o danni ai componenti elettronici.

4. Per quanto tempo è buono il grasso termico?

L'efficacia del grasso termico dura da 3 a 5 anni a seconda della qualità del grasso e delle condizioni in base alle quali opera il dispositivo.Nel tempo, può asciugare o degradare a causa dei cicli di calore che subisce, il che ne riduce l'efficacia nel trasferimento del calore.Si consiglia di controllare e sostituire il grasso termico se le temperature del dispositivo iniziano ad aumentare insolitamente o se il dispositivo è in servizio per diversi anni.

5. Come conservare il grasso termico?

Per garantire che il grasso termico mantenga la sua efficacia, conservalo in un luogo fresco e asciutto lontano dalla luce solare diretta.Il tappo del tubo di grasso deve essere serrato in modo sicuro per evitare l'ingresso dell'aria e l'essiccazione del grasso.Tienilo in posizione verticale per evitare perdite e assicurarsi che la sua composizione rimanga coerente per l'applicazione ottimale quando viene utilizzata.Evita temperature estreme in quanto possono alterare la struttura chimica del grasso, influenzando le sue prestazioni.