خمیر حرارتی چیست، چگونه کار می‌کند؟

خمیر حرارتی چیست؟ این خمیربه عنوان گریس حرارتی، ترکیب حرارتی یا رابط حرارتی هم شناخته می‌شود، ماده‌ای است که هدایت حرارتی بین دو سطح را بهبود می‌بخشد. شکاف‌ها و عیوب میکروسکوپی بین پردازنده و هیت سینک -که یک وسیله فلزی است که گرما را از پردازنده به هوا پخش می کند – را پر می‌کند. با انجام این کار، خمیر حرارتی مقاومت حرارتی را کاهش داده و اجازه می‌دهد تا گرمای بیشتری از پردازنده خارج شود و از گرم شدن بیش از حد و خرابی آن جلوگیری می‌کند.

 خمیر حرارتی چیست؟

خمیر حرارتی مورد نیاز است زیرا پردازنده هنگام انجام محاسبات و وظایف پیچیده گرمای زیادی تولید می‌کند. اگر این گرما به طور موثر حذف نشود، می تواند باعث کند شدن پردازنده، از کار افتادن یا حتی سوختن آن شود. هیت سینک به تنهایی نمی‌تواند خنکی کافی را فراهم کند، زیرا سطح تماس بین آن و پردازنده کاملا صاف و مسطح نیست. همیشه محفظه‌های هوای کوچک و بی نظمی‌هایی وجود دارد که مانعی برای انتقال حرارت ایجاد نماید. خمیر حرارتی این شکاف‌ها را پر کرده و سطح تماس یکنواخت و موثرتری ایجاد می‌نمایدو به هیت سینک اجازه می‌دهد کار خود را بهتر انجام دهد.

چگونه خمیر حرارتی را به درستی اعمال کنیم؟

روش‌ها و نظرات مختلفی در مورد نحوه صحیح استفاده از خمیر حرارتی وجود دارد، اما اصل کلی این است که از مقدار کمی خمیر استفاده و آن را به طور یکنواخت روی پردازنده پخش کنید. می‌توانید از یک کارت پلاستیکی، یک سواب پنبه ای یا انگشت خود (با دستکش) برای پخش خمیر استفاده کنید، یا می‌توانید یک نقطه به اندازه نخود یا یک خط خمیر نازک را در مرکز پردازنده گذاشته و اجازه دهید فشار هیت سینک آن را پخش کند. هدف اصلی این است که کل پردازنده را با یک لایه نازک خمیر بپوشانیم، بدون ایجاد حباب‌های هوا یا خمیر اضافی که می‌تواند روی لبه ها بریزد. همچنین باید قبل از استفاده از خمیر، پردازنده و هیت سینک را با یک پارچه بدون پرز و مقداری الکل تمیز کرد تا گرد و غبار یا کثیفی که می‌تواند بر عملکرد حرارتی تاثیر بگذارد پاک شود.

اشتباهات رایج استفاده از خمیر حرارتی چیست؟

برخی از اشتباهات رایجی که مردم در مورد خمیر حرارتی مرتکب می‌شوند عبارتند از استفاده کم یا زیاد از خمیر، استفاده از خمیر تاریخ گذشته یا بی کیفیت، استفاده مجدد از خمیر قدیمی یا مخلوط کردن انواع مختلف خمیرها. این اشتباهات می‌تواند منجر به هدایت حرارتی ضعیف، گرمای بیش از حد، اتصال کوتاه یا خوردگی سخت افزار شود. برای جلوگیری از این مشکلات، باید دستورالعمل‌ها و توصیه‌های سازنده پردازنده و خمیر سیلیکونی را رعایت و قبل از استفاده تاریخ انقضا و قوام خمیر خود را بررسی کنید. همچنین باید هر بار که هیت سینک را در آورده یا تعویض می‌کنید، خمیر سیلیکونی را هم تعویض کنید و هرگز خمیرهای مختلف را با هم مخلوط نکنید.

راه‌های بررسی عملکرد خمیر حرارتی چیست؟

یکی از راه‌های بررسی اینکه آیا خمیر حرارتی به درستی کار می‌کند، نظارت بر دمای پردازنده با استفاده از یک ابزار نرم‌افزاری یا یک سنسور سخت‌افزاری است. می‌توانید دما را قبل و بعد از استفاده از خمیر مقایسه کنید و ببینید آیا تفاوت محسوسی وجود دارد یا خیر. در حالت ایده آل، دما باید پس از استفاده از خمیر کمتر و در محدوده ایمن تعیین شده توسط سازنده باشد. راه دیگر برای بررسی اینکه آیا خمیر حرارتی شما به درستی کار می کند یا خیر این است که پس از برداشتن هیت سینک، خود خمیر را بررسی کنید. خمیر باید به طور مساوی روی پردازنده پخش شود، بدون هیچ گونه حباب هوا، ترک یا ریختن. اگر خمیر خشک، شکننده یا ناهموار باشد، به این معنی است که به درستی کار نمی‌کند و باید تعویض شود.

مزایای استفاده از خمیر حرارتی چیست؟

استفاده از خمیر حرارتی می‌تواند مزایای متعددی برای سیستم کامپیوتر شما داشته باشد، مانند بهبود عملکرد و پایداری پردازنده، افزایش طول عمر پردازنده و هیت سینک، صرفه جویی در انرژی و هزینه و محافظت از سخت افزار شما در برابر آسیب‌های ناشی از گرما. خمیر حرارتی به خنک نگه داشتن پردازنده، جلوگیری از throttling یا شات داون، کاهش سایش و پارگی ناشی از گرما و اصطکاک، کاهش نیاز به فن‌ها یا دستگاه‌های خنک‌کننده اضافی و محافظت از داده‌های شما در برابر آسیب یا از دست رفتن حرارت کمک می‌کند.

انواع خمیر حرارتی چیست؟

انواع مختلفی از گریس‌های حرارتی موجود است، از جمله ترکیبات مبتنی بر سیلیکون، پایه فلزی و سرامیک. انتخاب گریس حرارتی به کاربرد خاص بستگی دارد، برخی از ترکیبات برای محیط‌های با دمای بالا مناسب‌تر هستند یا هدایت حرارتی بهتری را ارائه می‌دهند.

• گریس حرارتی مبتنی بر سیلیکون: گریس حرارتی مبتنی بر سیلیکون یک نوع رایج گریس حرارتی است که معمولا در صنعت الکترونیک استفاده می‌شود. یک ماده غیر رسانا است که رسانایی حرارتی خوبی دارد و می‌تواند در برابر دماهای بالا مقاومت کند. اعمال و برداشتن آن آسان است و برای استفاده در برنامه‌هایی که نیاز به تعمیر و نگهداری مکرر یا تعویض دارند ایده آل می‌باشد.
• گریس حرارتی مبتنی بر فلز: گریس حرارتی مبتنی بر فلز نوعی گریس حرارتی است که حاوی ذرات فلزی مانند مس، نقره یا آلومینیوم است. این ذرات رسانایی گرمایی گریس را بهبود داده و آن را در انتقال گرما از اجزای الکترونیکی موثرتر می‌کند.
• گریس حرارتی مبتنی بر سرامیک: گریس حرارتی بر پایه سرامیک نوعی گریس حرارتی است که حاوی ذرات سرامیکی مانند نیترید بور یا اکسید آلومینیوم است. این ذرات رسانایی حرارتی بالا و پایداری حرارتی عالی را ارائه می‌کنند که آن را برای کاربردهای در دمای بالا ایده‌آل می‌کند. گریس حرارتی مبتنی بر سرامیک معمولا گران‌تر از سایر انواع گریس حرارتی است، اما می‌تواند عملکرد برتر را در محیط‌های حرفه‌ای ارائه دهد.
• گریس حرارتی مبتنی بر کربن: گریس حرارتی مبتنی بر کربن نوعی گریس حرارتی است که حاوی ذرات کربن است. این ذرات رسانایی حرارتی خوبی دارند و نسبت به گریس حرارتی مبتنی بر فلز یا سرامیک ارزان‌تر هستند. گریس حرارتی مبتنی بر کربن را می توان در کاربردهای مختلفی استفاده کرد اما ممکن است به اندازه سایر انواع گریس حرارتی در محیط های با دمای بالا موثر نباشد.
• گریس حرارتی تغییر فاز: گریس حرارتی تغییر فاز نوعی گریس حرارتی است که با رسیدن به دمای معین از حالت جامد به مایع تبدیل می‌شود که به آن اجازه می‌دهد تا با سطح قطعات الکترونیکی مطابقت داشته و رسانایی حرارتی عالی را ارائه دهد. گریس حرارتی تغییر فاز معمولا گرانتر از سایر انواع گریس حرارتی است و اعمال و برداشتن آن دشوار است.
• گریس حرارتی مبتنی بر گرافن: گریس حرارتی مبتنی بر گرافن نوع نسبتا جدیدی از گریس حرارتی است که حاوی ذرات گرافن است. گرافن رسانایی حرارتی بسیار خوبی دارد و می‌تواند در مقایسه با سایر انواع گریس حرارتی، اتلاف حرارت عالی را فراهم کند. گریس حرارتی مبتنی بر گرافن معمولا گرانتر از سایر انواع گریس حرارتی است و ممکن است برای استفاده به تجهیزات تخصصی نیاز داشته باشد.

کجا باید از خمیر حرارتی استفاده کرد؟

گریس حرارتی معمولا در کاربردهایی استفاده می شود که قطعات الکترونیکی مقدار قابل توجهی گرما تولید می‌کنند و نیاز به خنک شدن دارند. در ادامه چند کاربرد متداول وجود دارد که در آن گریس حرارتی ممکن است استفاده شود:

• خنک کننده CPU – گریس حرارتی معمولا برای بهبود هدایت حرارتی بین CPU و هیت سینک در کامپیوتر و لپ تاپ و سرور استفاده می‌شود.
• خنک‌سازی GPU – واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) گرمای زیادی تولید می‌کنند و نیاز به خنک‌سازی موثر دارند که با استفاده از گریس حرارتی می‌توان آن را بهبود بخشید.
• واحدهای منبع تغذیه – واحد منبع تغذیه (PSU) یک کامپیوتر همچنین می تواند از گریس حرارتی بهره مند شود، که می‌تواند به دفع گرمای تولید شده توسط قطعاتی مانند ترانسفورماتورها و خازن ها کمک کند.
• روشنایی LED – گریس حرارتی می‌تواند اتلاف گرما در روشنایی LED را بهبود بخشد و خطر گرم شدن بیش از حد را کاهش دهد و طول عمر قطعات را افزایش دهد.
• درایوهای حالت جامد – درایوهای حالت جامد با سرعت بالا (SSD) گرمای زیادی تولید می‌کنند و گریس حرارتی می‌تواند برای بهبود انتقال حرارت بین چیپ کنترل‌کننده و محفظه درایو استفاده شود.
• تقویت‌کننده‌های صوتی – تقویت‌کننده‌ها هنگام کار در حجم‌های بالا، گرما تولید می‌کنند و می‌توان از گریس حرارتی برای بهبود انتقال حرارت بین قطعات و هیت سینک استفاده کرد.
• الکترونیک خودرو – گریس حرارتی را می توان در الکترونیک خودرو، مانند واحدهای کنترل موتور (ECU) و سیستم های ناوبری برای بهبود اتلاف گرما و جلوگیری از گرمای بیش از حد استفاده کرد.
• تجهیزات صنعتی – الکترونیک صنعتی، مانند کنترل کننده‌های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) و سیستم‌های کنترل موتور، می‌توانند از گریس حرارتی برای بهبود مدیریت حرارتی و جلوگیری از خرابی قطعات بهره مند شوند.
• تجهیزات پزشکی – گریس حرارتی را می‌توان در تجهیزات پزشکی مانند دستگاه های اولتراسوند و سی تی اسکنر برای بهبود اتلاف گرما و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد استفاده کرد.
• الکترونیک هوافضا – وسایل الکترونیکی مورد استفاده در کاربردهای هوافضا، مانند سیستم‌های کنترل پرواز و سیستم‌های ارتباطی، برای عملکرد قابل اعتماد در محیط‌های سخت به مدیریت حرارتی موثر نیاز دارند و گریس حرارتی می‌تواند در دستیابی به این امر نقش داشته باشد.

چه نوع عیب‌هایی را می توان با خمیر حرارتی برطرف کرد یا از آن جلوگیری کرد؟

در اینجا انواع مختلفی از عیوب در الکترونیک صنعتی وجود دارد که می توان آنها را با گریس حرارتی برطرف کرد یا از آن جلوگیری کرد:

• گرم شدن بیش از حد قطعات الکترونیکی – گرمای بیش از حد تولید شده توسط قطعات الکترونیکی صنعتی می‌تواند باعث گرم شدن بیش از حد و از کار افتادن آنها شود. استفاده از گریس حرارتی به بهبود اتلاف گرما و کاهش خطر خرابی قطعات به دلیل گرمای بیش از حد کمک می‌کند.
• مسائل مربوط به انبساط و انقباض حرارتی – با گرم شدن و سرد شدن اجزای الکترونیکی، می‌توانند منبسط و منقبض شده و باعث ایجاد استرس در اتصالات بین قطعات شوند. استفاده از گریس حرارتی می‌تواند به کاهش استرس و جلوگیری از آسیب به اجزا کمک کند.
• آسیب ناشی از ارتعاش – در محیط‌های صنعتی، قطعات الکترونیکی ممکن است در معرض لرزش قرار گیرند که می‌تواند به مرور زمان به قطعات آسیب برساند. استفاده از گریس حرارتی با ایجاد تماس بهتر بین اجزا، به کاهش اثرات ارتعاش کمک کند.
• مشکلات نویز – فن و سایر اجزای خنک کننده گاهی اوقات می‌توانند نویز ایجاد کنند که ناشی از لرزش یا خنک کنندگی ناکافی است. استفاده از گریس حرارتی به می‌تواند با بهبود انتقال حرارت و جلوگیری از تجمع بیش از حد گرما، به کاهش نویز کمک کند.
• خوردگی – خوردگی می‌تواند به قطعات الکترونیکی آسیب برساند و باعث خرابی آنها شود. استفاده از گریس حرارتی با محافظت از قطعات در برابر رطوبت و سایر عناصر خورنده به جلوگیری از خوردگی کمک کند.
• آلودگی – محیط‌های صنعتی معمولا کثیف و پر از  گرد و غبار است که می‌تواند منجر به آلودگی قطعات الکترونیکی شود. استفاده از گریس حرارتی به آب بندی اجزا و جلوگیری از تاثیر آلودگی بر عملکرد آنها کمک می‌کند.
• خنک کنندگی ناکافی – خنک کنندگی ناکافی می‌تواند باعث گرم شدن بیش از حد لوازم الکترونیکی صنعتی و از کار افتادن آن شود. استفاده از گریس حرارتی به بهبود خنک سازی اجزا و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد کمک کند.
• چرخه دما – چرخه دما باعث ایجاد فشار بر روی قطعات الکترونیکی شده و منجر به خرابی می‌گردد. استفاده از گریس حرارتی می‌تواند به کاهش استرس ناشی از چرخه دما و جلوگیری از آسیب به اجزا کمک کند.
• عوامل محیطی – الکترونیک صنعتی می‌تواند در معرض طیف وسیعی از عوامل محیطی مانند رطوبت، دما و ارتعاش قرار گیرد. استفاده از گریس حرارتی به محافظت از قطعات در برابر این عوامل و بهبود قابلیت اطمینان و طول عمر آنها کمک کند.

چرا باید از خمیر حرارتی استفاده کرد؟

چندین ایراد احتمالی در الکترونیک وجود دارد که معمولا ناشی از گرمای بیش از حد یا آسیب در الکترونیک است که با استفاده از خمیر حرارتی می‌توان از آن جلوگیری کرد:

• کاهش طول عمر قطعات – هنگامی که قطعات الکترونیکی مانند ترانزیستورها و خازن برای مدت طولانی در معرض دمای بالا قرار می‌گیرند، طول عمر آنها به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد که منجر به خرابی قطعات و حتی به طور بالقوه آسیب به سایر اجزا می‌شود.
• انبساط حرارتی – با گرم شدن قطعات الکترونیکی، منبسط شده که می‌تواند باعث استرس فیزیکی بر روی قطعات و به طور بالقوه منجر به ترک خوردن یا آسیب‌های دیگر شود.
• آسیب برد مدار – هنگامی که بردهای مدار در معرض دمای بالا قرار می‌گیرند، لحیم کاری که قطعات را به برد متصل می‌کند ذوب شده و به برد آسیب رسانده که منجر به خرابی اتصال یا حتی خرابی کامل برد شود.
• فرار حرارتی – برخی از قطعات الکترونیکی، مانند انواع خاصی از دیودها، زمانی که بیش از حد داغ می‌شوند، ممکن است دچار فرار حرارتی شوند. این بدان معنی است که قطعه حتی پس از حذف منبع گرما به گرم شدن ادامه خواهد داد و به طور بالقوه منجر به خرابی قطعه یا حتی آتش سوزی می‌شود.
• کاهش عملکرد – هنگامی که قطعات الکترونیکی بیش از حد داغ می‌شوند، روی عملکرد آنها تاثیر منفی گذاشته و منجر به عملکرد کندتر یا حتی خرابی کامل سیستم می‌شود.

برای جلوگیری از این عیوب، مهم است که وسایل الکترونیکی را در محدوده دمای کارکرد ایمن خود نگه دارید و دستگاه‌های الکترونیکی را به درستی تهویه و خنک کنید. استفاده از خمیر حرارتی در شرایط مناسب می‌تواند از برخی از این نتایج رایج جلوگیری کند.

روش‌های رایج استفاده از خمیر حرارتی

هدف این است که خمیر را به طور یکنواخت در تمام سطح CPU پخش کنید. شما می‌خواهید در نهایت یک سطح صاف، نازک و یکنواخت داشته باشید تا عملکرد حرارتی را به حداکثر برسانید.
یک سطح صاف و یکنواخت تضمین می‌کند که هیچ شکاف هوایی بین CPU و هیت سینک باقی نماند که منجر به هدایت حرارتی بهتر بین این دو می‌شود. در عین حال، یک لایه ضخیم می‌تواند فاصله فیزیکی بین این دو را افزایش داده و باعث هدایت بدتر شود. بنابراین، قرار دادن یک لایه نازک از خمیر حرارتی که یکنواخت نیز باشد، ضروری است.

با این حال، 6 روش اصلی وجود دارد که می توانید برای اعمال خمیر حرارتی بر روی CPU استفاده کنید و آنها به شرح زیر هستند.

• اندازه نخود (روش نقطه)
• روش 5 نقطه
• روش 1 خطی
• روش 3 خطی
• روش متقاطع (به عنوان روش X هم شناخته می‌شود)
• روش نان تست کره ای

بهترین راه پخش خمیر حرارتی کدام است؟

هیچ الگوی کاربردی واحدی وجود ندارد که بهتر از بقیه باشد. با این حال، بستگی به نوع کاربری شما دارد.

روش نان تست کره‌ای به شما امکان می‌دهد تا خمیر حرارتی اضافی را قبل از خاموش کردن هیت سینک از CPU جدا کنید. بنابراین، این بهترین روش برای افرادی است که تخمین ضعیفی در مورد میزان خمیر می‌زنند، ولی اگر تجربه‌ای در استفاده از خمیرهای حرارتی دارید و می توانید مقدار دقیق آن را محاسبه کنید، مثلا 0.2 میلی لیتر، می توانید به سراغ یکی از روش های دیگر بروید.
اگر تازه کار هستید و می‌ترسید خمیر حرارتی زیاد یا خیلی کم بریزید، روش نان تست کره‌ای را توصیه می‌کنیم چون که به شما امکان می‌دهد قبل از گذاشتن هیت سینک دقیقا میزان خمیری که زده‌اید را مشاهده کنید.

علاوه بر این، کیفیت خمیر حرارتی شما نیز مهم است چون که خمیرهای حرارتی بی کیفیت سیال خوبی ندارند و زمانی که هیت سینک را پایین می‌گذارید، آن طور که انتظار می‌رود پخش نمی‌شوند. بنابراین، اگر می‌دانید خمیر حرارتی با کیفیت خوبی دارید، باز هم توصیه می‌کنیم از روش نان تست کره‌ای استفاده کنید.