Audio verzia článku generovaná pomocou TTS. Pre prehratie stlačte tlačidlo prehrávania.

Teplo je jedným z najhorších nepriateľov elektroniky a to najmä tej polovodičovej. Preto konštruktéri hľadajú rôzne spôsoby, ako efektívne odvádzať teplo z integrovaných obvodov, ako sú CPU, GPU, pamäťové čipy, úložiská, MOSFETy atď. Jedným z najjednoduchších spôsobov prenosu tohto tepla je použitie ďalšieho kovu (zvyčajne medi, alebo hliníka) vo forme chladiča. Ale aby sme dosiahli čistý kontakt medzi povrchom chledeného komponentu a chladiča, používame špeciálne materiály tepelného rozhrania. Dva populárne a bežné materiály sú teplovodivá pasta (Thermal Paste)  a tepelná podložka (Thermal Pad).

Najprv sa pozrieme na základy týchto dvoch materiálov tepelného rozhrania. Pozrieme sa aj na ich výhody a nevýhody a porovnáme si tepelovodivú pastu a tepelnú podložku. Nakoniec zistíme, ktoré riešenie je lepšie na prenos tepla.

Stručná poznámka o materiáloch tepelného rozhrania (TIM)

Na udržiavanie optimálnej teploty elektronických zariadení sa bežne používajú kovové chladiče a chladiace ventilátory. Materiály tepelného rozhrania (Thermal Interface Materials) však zohrávajú dôležitú úlohu v procese prenosu tepla. Ak vezmeme chladič a umiestnime ho na výkonové zariadenie (MOSFET) a integrovaný obvod alebo akýkoľvek "horúci" elektronický komponent, medzi týmito dvoma povrchmi bude malá vzduchová medzera.

Aj keď sa zdá, že sú v dokonalom kontakte, v tejto medzere je stále určitý priestor vyplnený vzduchom. Vieme však, že vzduch je veľmi zlým vodičom tepla, takže vzduchová medzera medzi povrchom komponentu a chladičom bude pôsobiť ako izolant, ktorý obmedzí efektívny prenos tepla z komponentu na chladič.

Tu prichádzajú na rad rôzne materiály tepelného rozhrania, ktorých hlavnou úlohou je vyplniť vzduchovú medzeru tepelne vodivým materiálom. Tým sa nielen odstráni vzduchová medzera, ale pôsobí zároveň aj ako tepelný most medzi povrchom komponentu a chladiča.

Tu sú niektoré z bežných materiálov tepelného rozhrania:

• Tepelná pasta
• Tepelný rozvádzač
• Tepelná podložka
• Medzerová podložka
• Tepelné mazivo
• Dielektrická podložka
• Tepelná zmes
• Tepelný gél

Čo je teplovodivá pasta?

Teplovodivá pasta je jedným z najobľúbenejších a najpoužívanejších materiálov tepelného rozhrania. Niektoré ďalšie názvy pre tepelnú pastu sú Thermal Grease či Thermal Compound. Ako už názov napovedá, teplovodivá pasta je zmes je vo forme pasty (polotuhej kvapaliny) s možným obsahom rôznych aditív. Túto teplovodivú pastu je potrebné naniesť medzi chladený komponent (CPU, GPU atď.) a chladič.

Z množstvom pasty to nepreháňajte, aj keď existuje množstvo polemík a teórií o množstve tepelnej pasty, ktoré musíte naniesť, a tiež o rôznych postupoch, ako ju naniesť. Dôležité však je, že teplovodivá pasta funguje ako vynikajúca výplň medzery medzi komponentom a chladičom.

Aplikácia teplovodivej pasty

Na videu nižšie nájdete kvalitne spracovaný postup aplikácie teplovodivej pasty.

Nižšie uvádzame niekoľko chýb, ktorých by ste sa mali vyvarovať a doporučení pri používaní tepelovodivej pasty, aby ste zabezpečili maximálny prenos tepla:

• Teplovodivú pastu nanášajte vždy na dokonale čistý a odmastený povrch a iba v potrebnom množstve.
• Nekombinujte v jednej aplikácii viacero druhov teplovodných pást.
• Pastu nanášajte čistým nástrojom, pokiaľ je to potrebné zakryte ojolie aplikácie vhodnou papierovou páskou. Znížite tak možnosť prenosu pasty na neželané povrcha a komponenty a eliminujete tak riziko možného skratu, nakoľko niektoré druhy teplovodivých pást sú do určitej miery elektricky vodivé. Dajte pozor na prítlak nástroja pri nanášaní, aby ste nástrojom nepoškriabali povrch chladeného komponentu, alebo chladiacej plochy chladiča.
• Pozor na použitie lacných teplovodných pást od neznámych výrobcou, ich degradácia je často rýchlejšia než si myslíte.

Čo je tepelná podložka?

Ako už názov napovedá, tepelná podložka je mäkká podložka, ktorá slúži rovnako ako teplovodivá pasta ako materiál tepelného rozhrania. Ide o pevný materiál, ktorý sa umiestňuje na relatívne rovné povrchy. Použitie tepelnej podložky je veľmi jednoduché. Stačí umiestniť podložku na povrch elektronického komponentu, alebo na chladič (integrovaného obvodu alebo MOSFETu), zarovnať montážne otvory a upevniť komponet a podložku pomocou skrutky, alebo klipu na chladič.

Hoci tepelné podložky veľmi dobre prenášajú teplo z povrchu elektronického komponentu do chladiča, ich pevná povaha znamená, že sa nemôžu rozšíriť a vyplniť všetky vzduchové medzery tak, ako by to urobila teplovodivá pasta. V dôsledku toho nevidíme tepelné podložky na kriticky horúcich komponentoch, ako sú napríklad CPU, GPU alebo veľmi výkonné MOSFETy. Tepelné podložky používame na relatívne "nie tak horúcich" integrovaných obvodoch, ako sú pamäťové čipy (RAM alebo NVMe), malé integrované obvody atď.

Aplikácia tepelnej podložky

Na videu nižšie nájdete kvalitne spracovaný postup aplikácie tepelnej podložky.

Nižšie uvádzame niekoľko chýb, ktorých by ste sa mali vyvarovať pri používaní tepelných podložiek, aby ste zabezpečili maximálny prenos tepla:

• Pri používaní tepelných podložiek neklaďte jednu na druhú. Týmto spôsobom sa medzi tepelnými podložkami vytvorí viac vzduchových medzier, čím sa zníži prenos tepla.
• Vyhnite používaniu tepelnej podložky a tepelnej pasty spolu. Hoci sú tepelné podložky a tepelné pasty tepelne vodivé, pri spoločnom použití v systéme budú brániť prenosu tepla.
• Nesnažte sa tepelnou podložkou preklenúť váčšiu medzeru, nakoľko na tomto mieste podložka degraduje a čaom sa rozpadne.
• Veľkosť podložky vždy optimalizujte podľa veľkost komponentu na ktorom bude umiestnená. Malá veľkosť podložky znamená prehrievanie komponentu z dôvodu nedostatočného odvádzania tepla a nadmerne veľká podložka znamená akumulovanie tepla z okolia.

Teplovodivá pasta vs. tepelná podložka: Čo zabezpečuje lepší prenos tepla?

Teraz sa dostávame k dôležitej otázke: Čo je teda lepšie?

Oba tieto produkty sú vynikajúcimi materiálmi tepelného rozhrania. Oba majú svoj podiel výhod a nevýhod. Keď teplovodivú pastu nanesiete správne, dokážete vyplniť všetky vzduchové medzery medzi povrchom elektronického komponentu a povrchom chladiča. V dôsledku toho väčšina výrobcov CPU a GPU odporúča kvalitnú teplovodivú pastu na prenos tepla od čipov.

Pokiaľ ide o tepelnú podložku, sú to rovnako dobré materiály na prenos tepla. Musíte ich však aplikovať veľmi opatrne a uistiť sa, že medzi povrchom elektronického komponentu a chladičom nie je žiadna vzduchová medzera - čo môže byť pri väčšom komponente problém. Ak ste začiatočník a nie ste si istí množstvom teplovodivej pasty, ktorú potrebujete naniesť, alebo nepoznáte postup jej aplikácie, potom si môžete bez akýchkoľvek pochybností vybrať kvalitnú termálnu podložku ako vhodnú alternatívu.

Ak však máte dostatok skúseností s teplovodivými pastami alebo zmesami, potom vám odporúčame nešetriť ale  použiť kvalitnú teplovodivú pastu od overeného výrobcu. Ak máte do činenia so zariadeniami s miernym, alebo  nízkym výkonom, ako sú napríklad flash pamäte NAND alebo integrované obvody (iné ako CPU, GPU a výkonové MOSFET-y), potom je termálna podložka oveľa lepšou voľbou, pretože všetky povrchy sú relatívne rovné. Ak povrch nie je rovný, potom sa teplovodivá pasta môže ľahko rozotrieť do všetkých medzier a zabezpečiť tak lepšiu tepelnú vodivosť.

Záver

Elektronika sa zahrieva a toto teplo musíme efektívne odvádzať preč, aby fungovala bez porúch. Preto pri CPU, GPU, výkonných MOSFEToch a ďalších elektronických komponentoch používame chladiče a chladiace ventilátory.

V tomto článku sme sa pozreli na základy použitia týchto dvoch materiálov a popísali sme si aj ich výhody a nevýhody. Ak sa máme pri aplikácii rozhodnúť medzi teplovodivou pastou a tepelnou podložkou, potom výsledok závisí od typu aplikácie, jednoduchosti použitia a dobrej tepelnej vodivosti.