Еще о термоинтерфейсе - нанесение и влияние вязкости на его параметры

на страницах сайта

www.electrosad.ru

Периодически в Internet появляются публикации о правилах нанесения теплопроводящей пасты на кулеры. Не всегда они содержат правильную информацию, а иногда встречается просто бред. Поэтому попробую подробно описать эту операцию. Для правильного нанесения надо знать некоторые понятия применяемые к элементам термоинтерфейса. Особенно это  необходимо знать тем кто разгоняет свой компьютер, какой может быть разгон, если тепловое сопротивление слоя термопасты соизмеримо с тепловым сопротивлением кулера.

 
 

Не всем интересно, что такое вязкость, поэтому об этом параметре жидкостей Вы, если захотите, можете прочитать в конце статьи. Но обращаю Ваше внимание - вязкость теплопроводящей пасты оказывает существенное влияние на конечное тепловое сопротивление в зазоре.

 

Взгляд невооруженным глазом на теплопроводящий клей

Сначала, хотелось сказать несколько слов о теплопроводящих клеях.
Я уже говорил, что его применение требует строгого соблюдения технологии. В противном случае возможен рост теплового сопротивления, величина которого может быть много больше чем при применении самой слабой теплопроводящей пасты. Посмотрите на рис.1.

 

Рисунок 1.
 

Фото показан слой клея крепящего кулер к процессору Pentium Pro (фирменный комплект от Intel для сервера), едва ли соединение такого качества позволят получить малое тепловое сопротивление.

Главный недостаток данного соединения виден невооруженным взглядом. Это воздушный пузырь большой площади и отсутствие теплового контакта по части периметра, а что такое воздух, все кто это читает, должны понимать (В 15000 раз хуже меди и почти в 40 раз хуже КПТ-8).

Он (воздушный пузырь) позволил измерить толщину слоя клея, которая оказалась около 75 мкм. Это в 1,5-2,8 раз больше чем нормальная толщина теплопроводящей пасты.

Характеристики лучшего теплопроводящего клея примерно соответствуют теплопроводящей пасте КПТ-8 поэтому в данном случае тепловое сопротивление в 1,5 - 2,8 раза выше, а с учетом того, что он покрывает примерно 70% контактной поверхности получим ухудшение 2-4 раза.

Есть еще один существенный недостаток. Теплопроводящий клей создает жесткую механическую связь кулера и процессора, что создает дополнительные напряжения при неравномерном тепловыделении на кристалле процессора (а оно в реальных условиях именно неравномерное - ядро наиболее тепловыделяющий узел).

 

Подготовка поверхности

Конечно поверхность для нанесения теплопроводящих паст должна быть чистая и ровная, было бы совсем хорошо если бы она была зеркальная. Но зеркальность должна быть получена не ручным способом, а на достаточно точном шлифовальном или металлорежущем станке.

Такие станки есть не на каждом заводе. Только однажды на специализированном производстве я видел станок который давал плоскую зеркальную поверхность из под специального резца (не буду здесь описывать этот станок, все равно их было только несколько на весь СССР).

Вручную плоскую (не параллельность менее 10 мкм) шлифовку на большой площади (крышка современного процессора) могут выполнить только инструментальщики очень высокой квалификации. Для примера непаралельность поверхностей термоэлектрических модулей фирмы КРИОТЕРМ 50 мкм. А это большая вероятность того, что зазор между сопрягаемыми поверхностями по части поверхности будет более 50 мкм.

Если Вы уже имели опыт ручной шлифовки, то наверное обратили внимание, что кромка сошлифовывается в первую очередь.

Вот так Вы получили сферическую поверхность и создаете непаралельность!

 

Да шлифовка при применении ТП КПТ-8 и не нужна, поскольку нет особого смысла в шероховатости много меньшей чем размер зерна наполнителя теплопроводящей пасты.

Шлифовка нужна когда размер зерна ТП менее 1 мкм., например, когда используются ТП на основе нано порошков (пример - серия MX1 и Arctic Silver 5).
Но при применении таких ТП лучше использовать кулеры с хорошей обработкой основания от производителя.

Конечно сопрягаемые поверхности должны быть без царапин и присохших частиц. Присохшие частицы необходимо убрать с помощью растворителей, без какого либо механического воздействия.

Жировые следы от рук имеют очень малую толщину и при применении ТП на основе силикона они полностью растворяются в ТП. Поэтому к катастрофическим последствиям касания контактной поверхности не приведет, но все же аккуратность при монтаже кулера необходима.

При применении ТП Arctic Silver 5 производитель рекомендует убрать жировые следы с контактных поверхностей с помощью изопропилового спирта и Х/Б салфетки.

Я всегда считал царапины на основании кулера браком, поэтому решать что делать с таким кулером Вам самим, в каждой конкретная ситуация. Но ничего не мешает поэкспериментировать на таком кулере со шлифовкой, в крайнем случае ему все равно на свалку.
В таком случае можно зашлифовывать царапины шкуркой с номером 00 и заполировать. Но при этом Вы должны быть готовы к ухудшению характеристик.

 

Нанесение теплопроводящей пасты

Примеры неправильного нанесения теплопроводящей пасты, в разных публикациях (возможно Вы видели: рис.2b с персональных страниц ОВЕРКЛОКЕР.РУ, а рис.2c с одного из тестирований), показаны ниже.

 

a

b

c

Рисунок 2.

 

Во всех случаях применяется теплопроводящая паста слишком вязкая, а на рис. 2a и 2c еще и слишком толстый слой. В то время как на рис.2b имеет место очень неравномерное нанесение термопасты, вплоть до полного ее отсутствия.

Не надо использовать самодельные конструкции для нанесения типа "флеш-карта SmartMedia", других деревянных или пластиковых лопаток, а их ручная шлифовка, притирка не даст нормальной плоскости.
Да и не нужна она.
Поскольку теплопроводящая паста при нормальной вязкости способна растекаться.
Конечно, при этом, состояние показанное на рис. 2a. недопустимо. Чтобы вытеснить избыточную теплопроводящую пасту необходимо приложить очень большое усилие, тем более, зачем нужна грязь (ТП) за пределами площадки процессора.

Для примера посмотрим один из способов нанесение достаточно густой ТП на основание не лучшего кулера. На хорошей подошве и нормальной ТП результат будет еще лучше.

 

Рисунок 3.
 

Поверхность кулера покрытая теплопроводящей пастой вполне может выглядеть так, как показано на рис.3. Мы видим хорошо заполненные следы резца и достаточно тонкий слой ТП по подошве. Все неровности основания проявляются сразу. У данного кулера явно просматривается некоторая вогнутая сферичность поверхности. При таком количестве теплопроводящей пасты, можно наносить ее на кулер, а не на процессор. Излишков выдавленных из зазора будет на прядок меньше по сравнению с рис. 2c.
В этом случае нанесение теплопроводящей пасты с помощью простого шпателя. При аккуратном обращении и отсутствии крупных частиц в ТП (А их не должно быть!) опасность поцарапать поверхность отсутствует, поскольку между шпателем и поверхностью всегда находится слой ТП.
Моя практика показывает, что это самый надежный инструмент, который позволит снять все излишки Т пасты.

Рассказанное относится к пастам с высокой вязкостью.

Для паст с нормальной и низкой вязкостью рекомендации изложены в статье "Рекомендации по нанесению теплопроводящих паст"

 

Особенности монтажа

Я всегда стремился выдавить лишнюю термопасту  из зазора кулер - процессор, и со временем пришел к выводу неподвижное соединение не позволяет выдавить излишки, даже самой жидкой, ТП из зазора.

Почему?

Потому, что известно свойство жидкостей в тонких пленках ее текучесть ухудшается, и никакого усилия прижимного механизма не хватает для выдавливания ТП даже при ее нормальной вязкости.

При наличии некоторой подвижности кулера этой проблемы нет.

Существует способ выдавливания излишков ТП который можно назвать "ПРИТИРКА".
Дело в том, что текучесть ТП при движении кулера вдоль контактной поверхности процессора (достаточно колебательного движения 5-10 мм, НО БЕЗ ОТРЫВА) возрастает и лишняя ТП выдавливается из зазора при стандартном усилии.
Притирку выполняют до тех пор пока Вы не почувствуете сильно возросшего сопротивления движению. Это и будет минимально достижимая толщина слоя теплопроводящей пасты.
При уменьшении зазора до минимума сопротивление движению возрастает и становится ощутимым. Аналогичные рекомендации и у одного из производителей термоэлектрических модулей на сайте http://www.kryotherm.ru.

 

Минимальная толщина слоя ТП

На минимальную толщину теплопроводящей пасты главное влияние оказывает ее вязкость. И отсутствие вязкости в списке параметров должно Вас насторожить. Чаще всего это результат неготовности производителя к сложной технологии их производства, а иногда просто халтура. Достаточно сложно совместить хорошее наполнение ТП теплопроводящими компонентами и низкую вязкость.

Нормальной вязкостью для ТП можно считать  150 -:- 500 Па*с (Это немного больше вязкости легкого машинного масла).

Практически эта вязкость выглядит так, хвосты (тягучки) капли термопасты нанесенной на процессор должны в течении нескольких секунд округляться и поверхность капли должна быть округлой без острых хвостов.

При такой вязкости при прижимном усилии механизмов фиксации процессора можно получить толщину слоя теплопроводящей пасты 18-:-35 мкм.

 

Что надо знать о вязкости

Чтобы немного ориентироваться в вязкости разных жидкостей приведу подборку величины вязкости ТП из данных производителя и вязкости других жидкостей, это таблица 1.
Для ориентира обратите внимание на вязкость глицерина и тяжелого машинного масла.

 

Вещество Вязкость динамическая Вязкость кинематическая
h при 20°С, 10-3 н·сек/м2 , Па*с
или спз
при 18 °С
10-3 кг/(м*с)
v м2/с при 20 ° С
Термопаста OKS 1103 40°C     75*10-6
Термопаста G765 25°C 250 245  
Термопаста G751 25°C 400 392  
Термопаста X23-7762 25°C 180 176  
Термопаста X23-7783D 25°C 200 196  
Термопаста  MX-1 170 166  
Ацетон 0,34 0,337  
Бензол 0,68 0,673  
Вода 1,002 1,05 101
Глицерин ~1500 1400  
Масло машинное легкое 115 113  
Масло машинное тяжелое 673 660  
Масло оливковое 91 90  
Ртуть 1,554 1,59  
Спирт этиловый 1,200 1,22  
Уксусная кислота   1,27  
Эфир этиловый   0,238  

Таблица 1.

 

Если этого недостаточно, смотрите дальше и узнаете что такое вязкость, ее размерность в разных системах.

 

Вязкость

Вязкость жидкости — это свойство жидкости оказывать сопротивление передвижению ее частиц и характеризующее степень ее текучести.

  • Сила внутреннего трения – Т при течении жидкости в потоке, 
  • μ - динамический коэффициент вязкости Н·с/м2 или Па·с.

В принятых обозначениях сила трения в потоке жидкости имеет вид:

 

 

Знак минус указывает на то, что трение задерживает движение. Рассмотрим применяемые в гидравлике три единицы вязкости: динамический коэффициент, кинематический коэффициент и относительную вязкость.

Динамический коэффициент вязкости.

Из предыдущей формулы определяется динамический коэффициент вязкости

 

 

В системе СИ размерность μ выражается в Н·с/м2 или Па·с.

Пуаз (фр. poise) ПЗ — единица динамической вязкости в системе единиц СГС. 1 пз = 1г/(см· с) = 0,1 Н · с/м2, а системе СИ это :

1 паскаль*секунда = 10 пз.

Кинематический коэффициент вязкости v.

В гидравлических расчетах применяется вязкость, отнесенная к плотности

 

 

где ρ – плотность.

Размерность v  в системе СИ – м2/с.
Вязкость жидкости уменьшается при увеличении температуры.

 

Статьи по теме:

1. Термоинтерфейс...

2. Еще о термоинтерфейсе - нанесение и влияние вязкости на его параметры,

3. Рекомендации по нанесению теплопроводящих паст,

4. Свойства и особенности применения некоторых теплопроводящих паст,

5. Характеристики теплопроводящих паст и материалов.

Июнь 2008 года.

Подготовил Сорокин А.Д.

Яндекс.Метрика

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору через
гостевую книгу или почтой.
.

Copyright © Sorokin A.D.©

2002 - 2012