Термопасты для процессора и видеокарты

Термопаста представляет собой густое и вязкое вещество с высоким коэффициентом теплопроводности. Предназначена для улучшения теплоконтакта между поверхностью активных электронных компонентов и радиатором. Наиболее часто термопаста используется в компьютерной технике, так как обеспечивает эффективный отвод тепла от центрального и графического процессора. С ростом производительности чипов увеличивается и их тепловыделение, поэтому сегодня ни один компьютер или ноутбук не обходится без термопасты. В случае ее отсутствия, чип при высокой нагрузке может сгореть буквально за несколько минут. Поэтому паста является неотъемлемым атрибутом любого оверклокера.

Свойства и состав термопаст

Важнейшей характеристикой любого термоинтерфейса является теплопроводность, которая влияет на эффективность отвода тепла от активных узлов компьютера. К таким узлам относится центральный процессор и чип графической карты (в редких случаях также чип северного моста).  Теплопроводность термопасты зависит в основном от ее состава, который включает в себя микро- и нанодисперсные порошки и смеси металлов, их оксидов, нитридов, микрокристаллов, а также кремнийорганических соединений. Связываются они с помощью минеральных или синтетических масел. Иногда добавляются легкоиспаряющиеся примеси, благодаря которым паста легко наносится, а после их испарения приобретает более плотную структуру. В качестве металлических примесей в основном используют:

- медь (380 Вт/(м*К));

- серебро (до 430 Вт/(м*К));

- золото (320 Вт/(м*К));

- вольфрам (153 Вт/(м*К)).

Оксиды чаще всего берут цинковые и алюминиевые. Реже всего используются чистые металлы, например, индий (в виду своей высокой электропроводности). Связывающая добавка значительно влияет на густоту и вязкость термопасты. Этот критерий можно назвать вторым по важности, так как от нее зависит качество нанесения самой пасты, а также ее эффективность. Она не должна быть слишком текучей или густой. Оптимальной вязкостью термопасты считается 150 – 450 Па*с.

Для применения в компьютерной технике, она должна соответствовать следующим требованиям:

- иметь как можно меньшее тепловое сопротивление (минимальное препятствие распространению тепла);

- сохранение свойств в пределах заявленных рабочих температур;

- сохранение свойств в течением времени;

- химическая нейтральность (исключает химические повреждения материнской платы);

- термопаста должна обладать высокими электроизоляционными свойствами (исключает короткое замыкание в случае попадания на компоненты компьютера).

Если говорить о качества отвода тепла, то на него значительно влияет правильность нанесения термопасты. Как известно, чип процессора и его радиатор имеют микронеровности (см. фото), заполненные воздухом и ухудшающие отдачу тепла примерно на 20% из-за очень низкой теплопроводности воздуха. Термопасте же заполняет эти микронеровности, обеспечивая надежный теплоконтакт между поверхностью процессора и радиатора. Это объясняет почему вязкость также играет важную роль. При недостаточной вязкости паста может просто вытечь наружу, а на самом чипе ее окажется недостаточно. А при слишком большой вязкости –термопаста может не заполнить все микронеровности, тем самым сделав отвод тепла еще хуже. Исходя из вышесказанного, важно подчеркнуть, что использовать термопасты на основе серебра или чистого метала необходимо осторожно, так как они проводят электрический ток, что может привести к выходу из строя компьютера в случае попадания на электронные компоненты. При небольшой вязкости эта опасность увеличивается.

Виды термопаст

В первую очередь, пасты можно поделить на бюджетные и дорогие. Разница состоит в теплопроводности и, соответственно, применяемых материалах. Недорогие термопасты, в основном используются в домашних персональных компьютерах малой и средней мощности. Среди обычных пользователей они наиболее распространены. А одной упаковки хватает на длительный срок. Фирменные термопасты зарубежных производителей отличаются большей теплопроводностью и, соответственно, более высокой стоимостью за счет использования металлов и их оксидов с большим коэффициентом теплопроводности. Используют их в системах охлаждения кристаллов мощных компьютеров, серверов, кластеров, а также мостов. Продаются такие термопасты в небольшом количестве, обычно для 2-3 нанесений, при этом их вязкость позволяет с легкостью их наносить и смывать.

Бюджетные термопасты имеют в своем составе оксид цинка, силиконовую либо же кремнийорганической основу. Заявленная теплопроводность у них от 0,8 до 2 Вт/(м*К), что сравнительно немного.  Яркими отечественными представителями данной категории являются термопасты марки КПТ-8, НС-125, АлСил-3/5. Из зарубежных аналогов стоит отметить Arctic Cooling MX-2, Noctua NT, Zalman и Akasa AK-455. Их преимущество - большая теплопроводность (до 4 Вт/(м*К)) при относительной небольшой стоимости.

КПТ-8 изготавливают согласно ГОСТ 19783-74. Теплопроводность 0,8 Вт/(м*К). Имеет практически белый цвет довольно густой консистенцией. В качестве основы используется аэросил, а наполнителя – оксид цинка, с размером крупиц до 50 микрон. Наносится она с некоторыми трудностями, однако чистится и смывается достаточно легко. Широко распространена среди рядовых пользователей.

АлСил-3 появилась на рынке относительно недавно. Заявленная теплопроводность почти в 2 раза выше чем у КПТ-8. Наполнителем служит нитрид алюминия, что в свою очередь вызывает небольшие трудности с нанесением, так как паста очень вязкая, а также тяжело отмывается с рук. Выпускается по ТУ в обычном 3 граммовом шприце, запаянном в полиэтиленовую упаковку.

НС-125 также появилась совсем недавно и зарекомендовала себя неплохим вариантом КПТ-8. Имеет аналогичную теплопроводность, однако меньшую вязкость, что позволяет наносить ее гораздо легче, в основном за счет силиконовой основы.

Arctic Cooling MX-2 изготавливается в Швейцарии, является бюджетным вариантом термопаст, однако имеет очень хорошую теплопроводность (около 5,6 Вт/(м*К)). Имеет густую и вязкую консистенцию серого цвета, что немного затрудняет нанесение и смывку. Продается в шпицах по 4гр., а хватает примерно на 4-6 нанесений.

Флагманские термопасты в верхнем ценовом диапазоне имеют высокие теплопроводящие свойства, так как в качестве наполнителя используются металлы и их оксиды с высокой удельной теплопроводностью. К ним относятся медь, вольфрам, серебро, индий и др. Их теплопроводность варьируется в пределах от 6 – 7 Вт/(м*К) и выше.  Особое внимание стоит обратить на термопасты в которых содержится серебро. Такие пасты очень высокую эффективность за счет теплопроводности серебра, однако при их использовании нужно соблюдать осторожность, так как серебро попав на металлические компоненты материнской платы может вызвать короткое замыкание. Такой тип паст один из самых дорогих. Также стоит выделить термопасту на основе жидкого металла, в основном индия, они считаются самыми эффективными и дорогими в мире (Coollaboratory Liquid Pro). Теплопроводность такой пасты составляет около 80 Вт/(м*К) и применяют ее в основном для охлаждения чипов серверных и кластерных высокопроизводительных систем, а также оверклокеры для экстремального разгона с использованием жидкого азота. Типичными представителями данного семейства термопаст можно назвать Gelid GC-Extreme, Arctic Cooling MX 3 и MX-4, Arctic Silver MX, Indigo Xtreme и Nanoxia Nano TF-1000.

Как наносится термопаста?

Как говорилось выше, термопаста предназначена для заполнения микронеровностей радиатора и чипа, тем самым обеспечивая надежный теплоконтакт и эффективный отвод тепла. Однако бытует мнение, что термопасты нужно наносить побольше, что является существенной ошибкой. Как известно, теплопроводность меди (основного материала из которого изготавливают радиатор) порядка 380 Вт/(м*К), а самая лучшая термопаста имеет всего 80. Соответственно, теплоотдача может только ухудшится. Наносится термопаста только тонким слоем на поверхность кристалла. Перед этим его нужно обязательно очистить от остатков старой пасты, жира и грязи. Сделать это можно намочив ТОЛЬКО этиловым или изопропиловым спиртом небольшой кусочек ваты или тряпочки без ворса. Такую же процедуру необходимо выполнить с поверхностью радиатора. Далее способ нанесения зависит от консистенции термопасты. Если консистенция текучая или практически жидкая (чистый метал), то небольшую каплю термопасты наносят в центр кристалла, а затем прижимают радиатором и вращают или двигают его по кристаллу, чтобы воздух полностью вышел из-под зоны контакта. После этого радиатор фиксируется с помощью крепежных винтов и компьютер собирается. В случае, если термопаста имеет большую вязкость, то небольшое ее количество нужно нанести на чип процессора или видеокарты и аккуратно размазать ее тонким слоев по всех поверхности кристалла. Для этого хорошо подойдет либо ненужная Сим-карта, либо пластиковая карточка (можно конечно и пальцем, но не желательно). После этого повторяются действия с «притиркой» радиатора, о которых говорилось выше.

После всех манипуляций компьютер нужно собрать, после чего он готов к работе. Однако рекомендуется перед активным пользованием проверить качество нанесения термопасты. Для этого нужно под разной нагрузкой пронаблюдать изменения температуры кристаллов центрального процессора и видеокарты. Чтобы считывать информацию с датчиков температур в режиме реального времени, можно воспользоваться бесплатным программным обеспечением. Например, информацию о ЦП предоставляют такие программы как CPU-Z или CoreTemp. Для видеокарт можно использовать гаджет «GPU Observer», который в реальном времени показывает загрузку и температуру ГП (для правильной работы должен быть установлен драйвер видеокарты). При простое и нулевой загрузке температура ЦП обычно колеблется в пределах 39 – 50 градусов. Графического процессора – аналогично. Затем нужно загрузить систему на 100% и проследить за температурой кристаллов. Сделать это можно, например, с помощью стресс тестов (LinX или 3Dmark). В режиме максимальной нагрузки температура ЦП не должна превышать значений 80-85 градусов. Температура в 90 градусов и выше является критической. Работа современных видеокарт допускает температуру до 90 градусов при максимальной нагрузке, однако это тоже слишком много. В этом случае необходимо проверить наличие пыли, которая ограничивает циркуляцию воздуха внутри, в противном случае – заново нанести термопасту.

Автор текста и фотографий: Перебейнос Игорь Александрович