Сказ о термопасте06.12.2024 18:30

В среде людей, так или иначе связанных с компами, циркулирует огромное количество мифов, связанных с термопастой и ее использованием. В интернетах разгораются жаркие споры о том, надо ли ее менять или не надо, если надо, то на какую — КПТ-8 или подороже и как часто ее нужно менять. Огромное количество сервисменов вовсю эксплуатирует миф о том, что термопасту надо менять как зубную щетку — чуть ли не каждые полгода и делают на этом неплохие деньги. Ведь замена термопасты предполагает необходимым только один навык в обслуживании техники — разобрать ее, а потом собрать в обратном порядке, не забыв при этом вкрутить все необходимые винты (хотя даже это некоторым дается с трудом, во многих попадавших ко мне ноутбуках после такого «обслуживания» отсутствовали 1–2 винта).

Итак, зачем вообще нужна термопаста? Мало кто достаточно хорошо представляет себе этот момент. Многие, по ощущениям, представляют себе, что роль термопасты — наиглавнейшая во всем компьютере, без нее он мгновенно перегреется и выйдет из строя. Однако это не так. Обратимся к физике. Наибольшей теплопроводностью обладают металлы. Алюминий и медь, из которых чаще всего изготавливают радиаторы охлаждения имеют теплопроводность 209 и 390 Вт/м*град соответственно. Теплораспределяющие крышки процессоров также делают из меди с напылением никеля. По сравнению с металлами, теплопроводность термопаст в разы, а то и на порядки хуже — от 0,7 (КПТ-8) до 10–15 Вт/м*град (у дорогих образцов). Соответственно, самый лучший тепловой контакт — это контакт металла с металлом. Вот только сделать металлы, идеально прилегающие друг к другу, весьма проблематично. Во‑первых, будут мешать дефекты мехобработки, сделать поверхность идеально отполированной очень дорого и трудозатратно, что мало подходит для массового производства. Никелирование помогает сделать поверхность менее шероховатой, но не для всех металлов этот процесс годится. Во вторых, существует температурная деформация поверхностей сопряжения. При нагреве они могут изгибаться различным образом в зависимости от внутренних тепловых и механических напряжений, что также будет приводить к неплотному прилеганию. В обоих этих случаях образуется воздушный зазор — в первом случае во впадинах, оставшихся от режущего инструмента, во втором случае — от неплотного прилегания. А теплопроводность воздуха еще на порядки меньше чем даже теплопроводность паст — примерно 0,027 Вт/м*град (воздух хороший теплоизолятор).

Так вот, чтобы улучшить отвод тепла эти впадины и зазоры заполняют термопастой. Она, конечно, передает тепло намного хуже чем металлы, но, тем не менее, делает это намного лучше чем воздух.

Примечание:

Выходит, без термопасты никак? Тут необходимо посмотреть количественно. Как видно, в размерности единицы коэффициента теплопроводности присутствует буква м (метр), теплопроводность зависит от расстояния, на которое необходимо передать тепловую энергию. Если надо передать тепло на расстояние 1 м, то теплопроводность воздуха 0,027 Вт/м*град. Если на 1 мм, то цифры уже лучше — 27 Вт/мм*град. А если воздушный зазор измеряется всего микронами, то порядок цифр теплопроводности уже сравним с теплопроводностью металлов. Для удобства сравнения пересчитаем коэффициенты в термосопротивление (размерность — град/Вт) для воздушного зазора толщиной в 1 микрон (0,001 мм) и для медной пластины толщиной 1 см (10 мм). Выходит, соответственно 3,7∙10–5 град/Вт и 2,56∙10–5 град/Вт. Как видим, это величины уже одного порядка.

Что из этого следует? А то, что если сопрягаемые поверхности достаточно хорошо обработаны и имеют низкую шероховатость, применение термопасты не даст существенного выигрыша по теплоотводу или даст крошечный в единицы процентов эффект. Хороший выигрыш термопаста даст при использовании радиатора как на фото ниже, где дефекты мехобработки не только ощущаются осязательно, но и видны визуально.

Более того, как было сказано выше, термопасту необходимо наносить в гомеопатических дозах только чтобы она заполнила микроскопические поры и никоим образом не мешала прямому контакту металла с металлом. Чаще же мы наблюдаем в роликах на ютубе и в прочих местах, что термопасту мажут как масло на хлеб — толстым слоем, так что она аж выдавливается со всех сторон. Если термопаста свежая и достаточно текучая — то может получиться достаточно тонкий слой чтобы теплоотвод от процессора ухудшился не особо сильно. Если термопаста густая, слой может оказаться достаточно толстым и начнет уже существенно мешать теплоотводу. Тут уж действительно может оказаться так, что без термопасты лучше чем с ней.

Для подтверждения выводов проведем эксперимент. Мне попала в руки старая материнская плата с процессором Пентиум 4 в 775 сокете, которую не жалко. Этот процессор считается довольно «горячим». Проведем замер температуры процессора и радиатора при максимальной его загрузке программой «Burn Test» в трех кондициях: без термопасты вообще, с новой термопастой, нанесенной очень тонким слоем и со старой термопастой, нанесенной жирным слоем. В качестве термопасты для тонкого слоя взята свежая паста, только из радиомагазина, теплопроводностью 0,88 Вт/м*град, а для толстого слоя использована КПТ-8, которая лежит у меня уже давно, лет 20, и порядком уже загустела. Настолько, что еле выдавливается. Насколько ее свойства стали хуже за это время?

Термопасты, старая и новая

Температура самого процессора будет измеряться встроенным термодатчиком, температура радиатора — пирометром с помощью предварительно налепленной черной матовой изоленты. Для установления теплового равновесия выберем интервал примерно 5–10 минут, или когда показания температур перестанут меняться. Интеллектуальное управление вентилятором радиатора на материнской плате отключено.

Качество теплоотвода, как бы это контринтуитивно не звучало, будет показывать бОльшая температура радиатора при наименьшей разнице между температурой радиатора и самого процессора. Потому как если радиатор холодный, значит он тепло от процессора не отбирает. Поскольку измерения температуры термодатчиком процессора и пирометром имеют точность плюс‑минус лапоть, к приведенным далее цифрам следует относиться исключительно оценочно.

Итак, без термопасты, в программе BIOS Setup процессор показал температуру 55 градусов, радиатор при этом нагрелся до 33 градусов, разница — 22 градуса. Такая высокая температура для этого процессора — норма, как пишут на форумах. Большая разница в температурах процессора и радиатора тоже не вызывает подозрений — ведь мы измеряем ее на поверхности, максимально удаленной от точки контакта с процессором. Также само качество изготовления этого конкретного радиатора — не очень. Он слишком легкий по сравнению со своими собратьями, что намекает на его экстремальную дешивизну. Но не в этом суть, поскольку нас интересуют относительные измерения.

При запущенной операционной системе Windows температура процессора упала до 32 градусов, а радиатора до 30 градусов. Разница 2 градуса. Падение температуры процессора связано, вероятно, с тем, что ОС активно использует режимы пониженного энергопотребления вместо пустых тактов ожидания как в BIOS Setup.

Если запустить Burn Test то температура процессора поднимается до 69 градусов, а радиатора до 38. Разница 31 градус.

Как видно, процессор вполне успешно функционирует под максимальной нагрузкой безо всякой термопасты вообще.

То же самое повторим для процессора с тонким слоем термопасты и толстым слоем термопасты. Все результаты занесем в таблицу.

Фото

Как видим из таблицы, без термопасты разница температур очень большая, что говорит о плохом теплоотводе. Связано это с низким качеством радиатора, о чем говорилось выше. При этом, разница между старой термопастой, возрастом в пару десятков лет и новой — ничтожна, на уровне погрешности измерений, что говорит о том, что старение термопасты не оказывает никакого существенного влияния на теплоотвод и никакой необходимости в ее частой замене нет. В опыте использованы термопасты с близким коэффициентом тепловодности. Разумеется, если применить современную пасту с высоким коэффициентом тепловодности, с ней результат будет лучше.

И тем не менее, толстый слой пасты чуть‑чуть, на градус‑два, но ухудшает теплоотвод, поэтому не следует его намазывать как масло на бутерброд.

© Habrahabr.ru