In computers kunnen veel onderdelen veel warmte produceren en moeten ze worden gekoeld. De CPU en GPU zijn de belangrijkste twee warmtebronnen. Ze hebben over het algemeen allebei actieve koeling nodig, zelfs in een behuizing met een goede luchtstroom. RAM, SSD's, VRAM, VRM's en de chipset produceren behoorlijk wat warmte. Vaak kunnen deze wegkomen met passieve koeling in een behuizing met een goede luchtstroom, zolang ze maar een koellichaam van redelijk formaat hebben.
Al deze warmtebronnen worden gekoeld door warmte over te brengen naar een actief of passief koellichaam en vervolgens het koellichaam de warmte te laten overbrengen naar de lucht, die vervolgens uit de behuizing wordt verwijderd. Het proces is vrij fundamentele natuurkunde. Het vereist echter een goed contact om de warmte efficiënt over te dragen. Het koellichaam naar een goed luchtcontact brengen is eenvoudiger dan triviaal. Als gas vormt de lucht zich netjes naar de vorm van het koellichaam. De enige overweging is het maximaliseren van het oppervlak van het koellichaam.
Het is echter ingewikkelder om goed contact te krijgen tussen het eigenlijke warmteproducerende onderdeel en het koellichaam. Over het algemeen zijn beide onderdelen van metaal, en zelfs als ze allebei vlak zijn bewerkt en stevig bij elkaar worden gehouden, is het resultaat niet perfect. Het afvlakkingsproces kan microscopisch kleine groeven achterlaten, waardoor er wat lucht kan binnendringen die de warmteoverdracht eigenlijk isoleert. In sommige gevallen kan de montagekracht er ook voor zorgen dat een of beide onderdelen weer iets buigen, wat leidt tot slecht contact en slechte warmteoverdracht.
Om deze problemen te minimaliseren, wordt over het algemeen een thermische verbinding gebruikt. Deze zijn meestal verkrijgbaar in vier formaten met verschillende gebruiksscenario's, voor- en nadelen. Over het algemeen hebben eindgebruikers slechts te maken met één type thermische verbinding, thermische pasta, dus de twee zijn meestal synoniem.
Koelpasta
Koelpasta is het meest voorkomende type thermische verbinding. Het kan ook worden aangeduid als thermisch vet en TIM, een afkorting voor Thermal Interface Material. Exacte mengsels variëren, maar het is over het algemeen een polymeerpasta met kleine metaaldeeltjes. Het is de bedoeling dat er een kleine hoeveelheid op het te koelen oppervlak wordt aangebracht.
De koeler wordt vervolgens plat op de bovenkant geplaatst, waardoor de koelpasta op natuurlijke wijze gelijkmatig wordt verspreid en eventuele gaten, hoe klein ook, worden opgevuld. Voor een standaard CPU is meestal een klodder koelpasta ter grootte van een erwt voldoende om volledige dekking te bieden.
Thermische pasta's worden over het algemeen geleverd in een kleine spuit, waardoor het gemakkelijk is om een kleine hoeveelheid op het gewenste gebied aan te brengen. Sommige worden echter geleverd in sachets die moeilijker aan te brengen zijn en over het algemeen nogal rommelig zijn. Thermische geleidbaarheid wordt gemeten in W/mK, of Watts per meter Kelvin. Hogere aantallen zijn beter omdat er meer warmte kan worden overgedragen. Thermische pasta's bieden doorgaans ongeveer 8W/mK.
Kritisch is dat thermische pasta's - bijna altijd - niet elektrisch geleidend zijn, wat betekent dat het niet uitmaakt of er een klein beetje uit komt. Het kan geen kortsluiting veroorzaken. Koelpasta wordt meestal gebruikt tussen CPU's en hun koelers en GPU's en hun koelers. Thermische pasta droogt over het algemeen na verloop van tijd uit en zal vaak na ongeveer twee jaar verminderde prestaties vertonen. Op dit punt moet het worden schoongemaakt en opnieuw worden aangebracht. Doorgaans heeft koelpasta geen lijmmogelijkheden.
Thermische Pads
Thermische pads zijn in feite kleine dunne sponzen die warmte goed geleiden. Ze zijn over het algemeen niet zo goed als het geleiden van warmte als thermische pasta, deels omdat ze dikker zijn dan de pasta uiteindelijk is. Deze thermische pads zijn gemakkelijk aan te brengen omdat je precies kunt zien welke dekking je krijgt. De pad heeft de neiging licht te kleven, waardoor verwijderen moeilijk is, vooral als de pad uit elkaar valt.
Thermische pads bieden een beschermingslaag voor drukgevoelige componenten. Door montagedruk kunnen componenten soms barsten, vooral als niet alle componenten perfect waterpas zijn. De kleine spons van een thermische pad zorgt ervoor dat het die druk kan absorberen en helpt om componenten waterpas te maken. Thermische pads worden meestal niet gebruikt om CPU's of GPU's te koelen.
Ze komen echter vaak voor op VRAM, VRM's, RAM en SSD's. Deze apparaten geven over het algemeen niet zoveel warmte af. Dus de verminderde thermische geleidbaarheid in vergelijking met pasta is geen probleem. De kostenbesparingen worden echter op prijs gesteld.
Soldeer TIM
Een CPU heeft eigenlijk twee lagen van het koellichaam. De CPU-matrijs wordt afgedekt door een Integrated Heat Spreader of IHS. De IHS wordt vervolgens gekoeld door het koellichaam met daartussen een standaard koelpastalaag. Om ervoor te zorgen dat de IHS goed contact heeft met de CPU-matrijs, wordt een andere laag thermische verbinding gebruikt voor een optimale thermische geleidbaarheid. In sommige scenario's wordt standaard koelpasta gebruikt. Het oppervlak is echter klein, waardoor de warmteoverdracht moeilijker wordt.
In moderne processors brengt soldeer warmte over tussen de CPU-chip en de IHS. Dit wordt meestal toegepast als een miniatuurvel dat tijdens het aanbrengen van de IHS wordt samengedrukt om een goede verbinding te vormen. Als metaal is de thermische geleidbaarheid van soldeer veel hoger, rond de 50W/mK. Het is ook elektrisch geleidend, dus zorg ervoor dat de nabijgelegen componenten worden geïsoleerd.
Vloeibaar metaal
Sommige enthousiastelingen en extreme overklokkers kiezen ervoor om een vloeibare metalen thermische verbinding te gebruiken. Deze zijn gebaseerd op gallium, een metaalvloeistof op kamertemperatuur. Het is echter over het algemeen gelegeerd met andere metalen. Dit betekent dat het op dezelfde manier kan worden aangebracht als de standaard koelpasta.
Het biedt een uitstekende thermische geleidbaarheid, in de orde van 60W/mK. Als u het gebruikt, kunt u meerdere graden van temperatuurdaling zien, omdat warmte efficiënter wordt afgevoerd. Hoe geweldig dat ook klinkt, er zijn verschillende moeilijkheden.
Bij het gebruik van vloeibare metalen is grote voorzichtigheid geboden. Allereerst mag gallium niet direct worden gehanteerd. Vloeibaar metaal is veel minder dicht dan koelpasta, dus er hoeft veel minder te worden gebruikt. Het is elektrisch geleidend, dus het kan kortsluiting veroorzaken als het op componenten terechtkomt.
Gallium is ook spectaculair corrosief voor aluminium, dat onverenigbaar is met op aluminium gebaseerde koellichamen. Vloeibare metalen zijn moeilijk schoon te maken als u ze opnieuw wilt aanbrengen. Vloeibare metalen thermische verbindingen mogen niet worden gebruikt, tenzij u zeer ervaren bent en alle risico's kent die ermee gepaard gaan.
Conclusie
Thermische verbinding verwijst naar elke vorm van thermisch interfacemateriaal. Deze materialen zijn ontworpen om een goed fysiek contact en een hoge thermische geleidbaarheid te bieden om ervoor te zorgen dat warmte efficiënt kan worden afgevoerd. In de meeste gevallen zal de thermische verbinding thermische pasta betekenen, omdat dit meestal de enige vorm is waarmee eindgebruikers te maken hebben.
Er zijn echter andere typen beschikbaar, met verschillende voor- en nadelen. Prestaties worden gemeten in thermische geleidbaarheid met de eenheden W/mK. Hogere waarden zijn beter, maar er moet ook rekening worden gehouden met andere factoren, zoals gebruiksgemak en elektrische geleidbaarheid.