สารประกอบความร้อนคืออะไร?

ในคอมพิวเตอร์ ชิ้นส่วนจำนวนมากสามารถผลิตความร้อนได้มากและต้องการความเย็น CPU และ GPU เป็นแหล่งความร้อนหลักสองแหล่ง โดยทั่วไปแล้วทั้งคู่ต้องการการระบายความร้อนแบบแอคทีฟ แม้ในกรณีที่มีการไหลเวียนของอากาศที่ดี RAM, SSD, VRAM, VRM และชิปเซ็ตให้ความร้อนในปริมาณที่เหมาะสม บ่อยครั้งสิ่งเหล่านี้สามารถหลีกเลี่ยงได้ด้วยการระบายความร้อนแบบพาสซีฟในกรณีที่มีการไหลเวียนของอากาศที่ดี ตราบใดที่มีฮีตซิงก์ที่มีขนาดเหมาะสม

แหล่งความร้อนทั้งหมดเหล่านี้ถูกทำให้เย็นลงโดยการถ่ายเทความร้อนไปยังแผ่นระบายความร้อนแบบแอคทีฟหรือพาสซีฟ จากนั้นให้ฮีทซิงก์ถ่ายเทความร้อนไปยังอากาศ จากนั้นจึงนำออกจากเคส กระบวนการนี้เป็นฟิสิกส์พื้นฐานที่ค่อนข้างดี อย่างไรก็ตาม ต้องมีการสัมผัสที่ดีในการถ่ายเทความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ การนำแผ่นระบายความร้อนให้มีการสัมผัสกับอากาศที่ดีนั้นตรงไปตรงมามากกว่าเรื่องเล็กน้อย ในฐานะที่เป็นก๊าซ อากาศที่เป็นระเบียบจะสอดคล้องกับรูปร่างของแผงระบายความร้อน ข้อควรพิจารณาเพียงอย่างเดียวคือการเพิ่มพื้นที่ผิวของแผงระบายความร้อนให้สูงสุด

อย่างไรก็ตาม การติดต่อที่ดีระหว่างส่วนที่ผลิตความร้อนจริงกับแผ่นระบายความร้อนนั้นซับซ้อนกว่า โดยทั่วไปแล้ว ทั้งสองส่วนเป็นโลหะ และแม้ว่าทั้งสองส่วนจะถูกกลึงให้เรียบและจับแน่น แต่ผลลัพธ์ก็ไม่ได้สมบูรณ์แบบ กระบวนการทำให้แบนราบสามารถทิ้งร่องขนาดเล็กไว้ได้ ทำให้อากาศบางส่วนเข้าไปได้ ซึ่งเป็นฉนวนการถ่ายเทความร้อนจริงๆ นอกจากนี้ ในบางกรณี แรงยึดอาจทำให้ส่วนหนึ่งหรือทั้งสองส่วนโค้งงออีกครั้งเล็กน้อย ซึ่งนำไปสู่การสัมผัสที่ไม่ดีและการถ่ายเทความร้อนที่ไม่ดี

เพื่อลดปัญหาเหล่านี้ โดยทั่วไปจะใช้สารประกอบเชิงความร้อน โดยทั่วไปแล้วจะมีสี่รูปแบบโดยมีกรณีการใช้งาน ข้อดี และข้อเสียต่างกัน โดยทั่วไปแล้ว ผู้ใช้ปลายทางจะต้องจัดการกับสารระบายความร้อนประเภทหนึ่งเท่านั้น คือ แผ่นแปะความร้อน ดังนั้นทั้งสองจึงมักมีความหมายเหมือนกัน

วางความร้อน

การวางความร้อนเป็นสารประกอบความร้อนประเภทที่คิดกันมากที่สุด นอกจากนี้ยังสามารถเรียกได้ว่าเป็นจาระบีระบายความร้อนและ TIM ย่อมาจาก Thermal Interface Material ส่วนผสมที่แน่นอนจะแตกต่างกันไป แต่โดยทั่วไปแล้วจะเป็นพอลิเมอร์เพสต์ที่มีอนุภาคโลหะขนาดเล็ก จุดประสงค์คือวางบนพื้นผิวให้เย็นลงเล็กน้อย

จากนั้นจึงวางตัวทำความเย็นให้ราบเรียบ กระจายแผ่นระบายความร้อนอย่างเป็นธรรมชาติอย่างสม่ำเสมอและเติมช่องว่างใดๆ ไม่ว่าจะเล็กแค่ไหน สำหรับซีพียูขนาดมาตรฐาน โดยทั่วไปแล้ว เทความร้อนจำนวนหนึ่งหยดประมาณขนาดของถั่วก็เพียงพอที่จะให้การครอบคลุมได้เต็มที่

โดยทั่วไปแล้ว Thermal paste จะมาในรูปแบบกระบอกฉีดยาขนาดเล็ก ทำให้ง่ายต่อการทาบริเวณที่ต้องการในปริมาณเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม บางชนิดมาในซองที่อาจใช้ยากกว่าและโดยทั่วไปจะค่อนข้างเลอะเทอะ ค่าการนำความร้อนมีหน่วยวัดเป็น W/mK หรือ วัตต์ต่อเมตร เคลวิน ตัวเลขที่สูงขึ้นจะดีกว่าเนื่องจากสามารถถ่ายเทความร้อนได้มากขึ้น พาสเทอร์ความร้อนโดยทั่วไปมีประมาณ 8W/mK

พาสเทอร์ความร้อนวิกฤตมักไม่นำไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าไม่สำคัญว่าปริมาณเล็กน้อยจะไหลออกมาหรือไม่ ไม่สามารถทำให้เกิดความสั้นได้ โดยทั่วไปจะใช้การวางความร้อนระหว่างซีพียูกับตัวระบายความร้อนและ GPU และตัวระบายความร้อน โดยทั่วไปแล้วการวางความร้อนจะแห้งเมื่อเวลาผ่านไปและมักจะแสดงประสิทธิภาพที่ลดลงหลังจากผ่านไปประมาณสองปี ณ จุดนี้ควรทำความสะอาดและนำไปใช้ใหม่ โดยทั่วไปแล้ว แผ่นแปะความร้อนไม่มีคุณสมบัติในการยึดติด

แผ่นความร้อน

แผ่นความร้อนนั้นเป็นฟองน้ำบางๆ ที่นำความร้อนได้ดี โดยทั่วไปแล้วพวกมันไม่ดีเท่ากับการนำความร้อนเหมือนกับการวางความร้อน ส่วนหนึ่งเป็นเพราะพวกมันหนากว่าที่แปะอยู่ แผ่นระบายความร้อนเหล่านี้ใช้ง่ายเพราะคุณสามารถเห็นได้ชัดเจนว่าคุณจะได้รับความคุ้มครองเท่าใด แผ่นอิเล็กโทรดมีแนวโน้มที่จะยึดติดเล็กน้อย ทำให้ถอดออกได้ยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าแผ่นแตกออกจากกัน

แผ่นความร้อนมีชั้นป้องกันสำหรับส่วนประกอบที่ไวต่อแรงกด แรงกดในการติดตั้งบางครั้งอาจทำให้ส่วนประกอบแตกได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากส่วนประกอบทั้งหมดไม่อยู่ในระดับที่สมบูรณ์ ฟองน้ำแผ่นระบายความร้อนขนาดเล็กช่วยให้ดูดซับแรงกดและช่วยปรับระดับส่วนประกอบ โดยทั่วไปแล้วแผ่นระบายความร้อนจะไม่ใช้เพื่อทำให้ CPU หรือ GPU เย็นลง

อย่างไรก็ตาม มักมีคุณลักษณะบน VRAM, VRMs, RAM และ SSD อุปกรณ์เหล่านี้โดยทั่วไปจะไม่ปล่อยความร้อนออกมามากนัก ดังนั้นการนำความร้อนที่ลดลงเมื่อเทียบกับการวางจึงไม่เป็นปัญหา อย่างไรก็ตามการประหยัดต้นทุนได้รับการชื่นชม

ประสาน TIM

CPU จริงๆ แล้วมีฮีตซิงก์สองชั้น CPU die ครอบคลุมโดย Integrated Heat Spreader หรือ IHS จากนั้น IHS จะถูกระบายความร้อนด้วยแผ่นระบายความร้อนด้วยชั้นวางความร้อนมาตรฐานระหว่างกัน เพื่อให้แน่ใจว่า IHS มีการสัมผัสที่ดีกับดายซีพียู สารประกอบความร้อนอีกชั้นหนึ่งจึงถูกนำมาใช้เพื่อการนำความร้อนที่เหมาะสมที่สุด ในบางสถานการณ์ จะใช้แผ่นแปะความร้อนแบบมาตรฐาน อย่างไรก็ตาม พื้นที่ผิวมีขนาดเล็ก ทำให้ถ่ายเทความร้อนได้ยากขึ้น

ในโปรเซสเซอร์สมัยใหม่ การบัดกรีจะถ่ายเทความร้อนระหว่างไดย์ CPU และ IHS โดยทั่วไปจะใช้เป็นแผ่นงานขนาดเล็กที่ถูกบีบระหว่างการใช้ IHS เพื่อสร้างการเชื่อมต่อที่ดี ในฐานะที่เป็นโลหะ ค่าการนำความร้อนของบัดกรีจะสูงกว่ามากที่ประมาณ 50W/mK นอกจากนี้ยังนำไฟฟ้าได้ด้วย ดังนั้นจึงต้องระมัดระวังในการป้องกันส่วนประกอบที่อยู่ใกล้เคียง

โลหะเหลว

ผู้ที่ชื่นชอบและนักโอเวอร์คล็อกบางคนเลือกใช้คอมพาวนด์ระบายความร้อนด้วยโลหะเหลว สิ่งเหล่านี้ขึ้นอยู่กับแกลเลียมซึ่งเป็นของเหลวโลหะที่อุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปจะผสมกับโลหะอื่นๆ ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้ในลักษณะเดียวกับแผ่นแปะความร้อนมาตรฐาน

โดยให้ค่าการนำความร้อนที่ดีเยี่ยมตามคำสั่ง 60W/mK การใช้งานสามารถเห็นอุณหภูมิลดลงหลายองศา เนื่องจากความร้อนถูกถ่ายเทออกไปอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เท่าที่ฟังดูดีมีปัญหาหลายประการ

ต้องใช้ความระมัดระวังเป็นอย่างยิ่งเมื่อใช้โลหะเหลว ประการแรก แกลเลียมไม่ควรจัดการโดยตรง โลหะเหลวมีความหนาแน่นน้อยกว่าการแปะด้วยความร้อนมาก จึงจำเป็นต้องใช้น้อยกว่ามาก เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า อาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรได้หากรั่วไหลเข้าไปในส่วนประกอบต่างๆ

แกลเลียมยังกัดกร่อนอะลูมิเนียมได้อย่างน่าทึ่ง ซึ่งเข้ากันไม่ได้กับฮีตซิงก์ที่ทำจากอะลูมิเนียม โลหะเหลวทำความสะอาดได้ยากหากต้องการนำกลับมาใช้ใหม่ ไม่ควรใช้สารประกอบความร้อนของโลหะเหลวเว้นแต่คุณจะมีประสบการณ์มากและรู้ถึงความเสี่ยงทั้งหมดที่มาพร้อมกับสารประกอบเหล่านี้

บทสรุป

สารประกอบทางความร้อนหมายถึงรูปแบบใดๆ ของวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน วัสดุเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สัมผัสทางกายภาพที่ดีและมีค่าการนำความร้อนสูง เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในกรณีส่วนใหญ่ สารประกอบความร้อนจะหมายถึงแผ่นแปะระบายความร้อน เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วจะเป็นรูปแบบเดียวที่ผู้ใช้ปลายทางต้องเผชิญ

แม้ว่าจะมีประเภทอื่น ๆ โดยมีข้อดีและข้อเสียต่างกัน ประสิทธิภาพวัดค่าการนำความร้อนด้วยหน่วย W/mK ค่าที่สูงกว่าจะดีกว่า แต่ควรพิจารณาปัจจัยอื่นๆ เช่น ความง่ายในการใช้งานและการนำไฟฟ้าด้วย