خمیر سیلیکون چیست و استفاده از آن چه اهمیتی دارد؟

خمیر سیلیکون چیست؟ آیا تاثیر خمیر سیلیکون بر دمای cpu چشمگیر است؟ عمر خمیر سیلیکون چقدر است؟ لزوم استفاده از خمیر سیلیکون زیر سینک‌های حرارتی چیست؟ این مقاله را تا انتها مطالعه نمایید تا به پاسخ این سوالات برسید.

فهرست عنوان ها (برای پیمایش سریع روی عنوان مورنظر کلیک کنید)

خمیر سیلیکون چیست؟

خمیر سیلیکون (Thermal Paste) که به آن گریس یا ماده حرارتی هم گفته می‌شود، یک ماده متراکم است. این ماده انتقال گرما را بین اجزایی از لپ تاپ و کامپیوتر که حرارت ایجاد می‌کنند، افزایش می‌دهد. استفاده از این ماده در سیستم‌های پرمصرفی که حرارت زیادی تولید می‌کنند، ضروری است. چون باعث دور کردن حرارت از قطعات شده و از داغ شدن بیش از حد آنها جلوگیری خواهد کرد. در نتیجه طول عمر و عملکرد لپ تاپ و کامپیوتر را افزایش می‌دهد. در این راهنما، شما را با کاربرد خمیر سیلیکون آشنا می‌کنیم. همچنین توضیح می‌دهیم که این ماده چطور به ارتقای عملکرد لپ تاپ و کامپیوتر کمک می‌کند.

استفاده از خمیر سیلیکون چه اهمیتی دارد؟

اکنون که متوجه شدید خمیر سیلیکون چیست، به اهمیت استفاده از آن می‌پردازیم. استفاده از خمیر سیلیکون برای لپ تاپ و کامپیوتر به خصوص قطعات پرقدرت ضروری است. چون چنین دستگاه هایی حین فعالیت، گرمای زیادی تولید می‌کنند. این گرما می تواند به قطعات آنها آسیب وارد کند. خمیر سیلیکون با پر کردن فضاهای بسیار ریز میان قطعات مولد گرما و سیستم‌های خنک کننده در لپ تاپ و کامپیوتر، به بهبود قابلیت انتقال گرما کمک می‌کند. پر کردن این فضاها کمک می‌کند تا دمای قطعات کاهش پیدا کرده و طول عمر دستگاه افزایش پیدا کند.

شکل 1، انواع مختلف چسبندگی بین دو سطح تماس را نشان می‌دهد مثل یک نیمه هادی و یک هیت سینک. این چسبندگی، به روش فیزیکی هم قابل ایجاد است مثل گیره و پیچ و چسبندگی حرارتی از جمله اپوکسی یا نوار حرارتی.

1. شکل اول نشان می‌دهد که رسیدن به تماس ایده آل بین دو سطح مثل نیمه هادی و هیت سینک، ممکن است.
2. شکل دوم، تماس معمولی را بدون استفاده از خمیر سیلیکون نشان می‌دهد. در اینجا، دو سطح کاملاً صاف نیستند. ناهمواری‌های بسیار ریز سطوح، هوا را در خود نگه داشته و مانع از خروج گرما می‌شوند.
3. اما سومین شکل، نشان می‌دهد که خمیر سیلیکون می‌تواند چسبندگی را به میزان قابل توجهی ارتقاء دهد. این موضوع، امکان انتقال هر چه بهتر حرارت و ارتقای عملکرد دستگاه را فراهم می‌کند. لازم به ذکر می‌باشد که خمیرهای سیلیکون مختلف، بسته به مواد مورد استفاده در آنها، ضریب انتقال حرارت متفاوتی دارند. می‌توان این ضریب را برای کاربردهایی با ولتاژ بالا، بهینه سازی کرد.

رسانایی خمیر سیلیکون

بعد از درک این موضوع که خمیر سیلیکون چیست، باید مبحث رسانایی این ماده را درک نمایید. رسانایی حرارتی، نشان دهنده قابلیت یک ماده برای انتقال حرارت بوده و میزان گرمایی را که از یک واحد سطح یک ماده خاص در هر واحد زمان عبور می‌کند، مشخص می‌کند. موادی با رسانایی بالا، نسبت به موادی با رسانایی کمتر، توانایی بیشتری برای انتقال گرما دارند. حال آیا خمیر سیلیکون رسانا است؟

کاربرد خمیر سیلیکون، انتقال کارآمد حرارت در لپ تاپ ها و کامپیوترهای پرقدرت است. چون انتقال گرما، در این دستگاه ها بسیار مهم است. فرض کنید که یک کامپیوتر یا لپ تاپ، 200 وات حرارت ایجاد می‌کند و یک هیت سینک با مساحت 10 سانتی متر مربع داریم و تفاوت دمای بین این دو 5 سانتی گراد است.

اگر از یک خمیر سیلیکون با رسانایی بالا مثل پنج W/Mk استفاده کنیم، ضخامت لازم برای انتقال کارآمد حرارت، 0.02 میلی متر خواهد بود. این یعنی، نرخ انتقال حرارت حدود 100 W/m²K خواهد بود و باعث کاهش 1 درجه ای دما در سطح خمیر می‌شود.

اگر از یک خمیر سیلیکون با رسانایی بالا مثل 3 W/mK استفاده کنید، ضخامت لازم برای انتقال کارآمد حرارت، حدود 0.03 میلی متر خواهد بود. این یعنی نرخ انتقال حرارت حدود 66 W/m²K خواهد بود و منجر به کاهش حدود 0.004 درجه ای حرارت در سطح خمیر می‌شود.

همانطور که در جدول بالا مشاهده می‌کنید، مس و آلومینیوم، بیشترین قابلیت انتقال حرارت را دارند. هوا، رسانای ضعیفی است. خمیر سیلیکون به اندازه آلومینیوم و مس رسانا نیست؛ اما تاثیر چشمگیری در انتقال حرارت دارد.

یک لپ تاپ یا کامپیوتر پرمصرف را در محیطی با دمای 20 درجه سانتیگراد در نظر بگیرید که 48 وات انرژی مصرف می‌کند. شکل 2، سه پیکربندی مختلف از این سیستم را نشان می‌دهد.

مقایسه پیکربندی ها

اولین پیکربندی، نشان دهنده سناریوی ایده آل می‌باشد که در آن CPU و هیت سینک در سطح مولکولی، بهترین حالت را دارند. در این حالت، حداکثر دمای CPU، 40 درجه خواهد بود که برای حفظ عملکرد درست و مطمئن سیستم، دمای مناسبی است.

در پیکربندی دوم، بین CPU و هیت سینک یک خمیر سیلیکون قرار گرفته است. در این حالت، خمیر سیلیکون به پر کردن خلاهای بسیار زیر بین سطوح کمک کرده و امکان انتقال هر چه بهتر گرما را فراهم می‌کند. در نتیجه، حداکثر دمایی که CPU به آن می‌رسد، 44 درجه است. این میزان دما با سناریوی ایده آل، فاصله بسیار کمی دارد؛ اما برای لوازمی مثل لپ تاپ و کامپیوتر قابل قبول است.

سومین پیکربندی، نشان دهنده شرایط نامطلوب می‌باشد که در آن سطح تماس بین CPU و هیت سینک پر از خلا است. بدون اینکه خمیر سیلیکون این فاصله ها را پر کند. در نتیجه، بین این دو سطح حباب های هوای زیادی ایجاد شده اند.

در این حالت، حباب‌های هوا به شدت مانع از انتقال حرارت شده و باعث می‌شوند که حداکثر دمای CPU به 78 درجه برسد. چنین دمایی بسیار بالا بوده و سیستم در این دما، عملکرد باثباتی ندارد. در نتیجه طراح باید برای اطمینان از تهویه بهینه هوا، اقدامات لازم را انجام دهد. پس از درک این مفهوم که آیا خمیر سیلیکون رسانا است، به مبحث فضای پراکندگی می‌پردازیم.

مفهوم فضای پراکندگی

در درک مبحث "خمیر سیلیکون چیست"، فضای پراکندگیِ (گرما) مفهوم بسیار مهمی است. هیت سینک ها طوری طراحی شده اند که سطحِ در معرض هوا را به حداکثر برسانند. در واقع این برجستگی های هیت سینک هستند که بیشترین سطح در معرض هوا را ایجاد می‌کنند.

میزان انرژی وارد شده به دستگاه، در هر شکل ثابت است. حذف تیغه‌های خنک کننده و هیت سینک، باعث افزایش دمای CPU می‌شود. دماهایی که CPU با پیکربندی‌های مختلف هیت سینک و تیغه‌های خنک کننده به آن می‌رسد، عبارتند از:

• هیت سینک کامل با 8 تیغه خنک کننده: 78.08 درجه سانتیگراد
• هیت سینک با 7 تیغه خنک کننده: 78.36 درجه سانتیگراد
• هیت سینکی که 6 تیغه خنک کننده آن نصب شده است: 79.18 درجه سانتیگراد
• هیت سینک با 5 تیغه خنک کننده: 80.65 درجه سانتیگراد
• هیت سینک با 4 تیغه خنک کننده: 82.71 درجه سانتیگراد
• هیت سینک مجهز به 3 تیغه خنک کننده: 84.84 درجه سانتیگراد
• هیت سینک با دو تیغه خنک کننده: 86.58 درجه سانتیگراد
• هیت سینک با یک تیغه خنک کننده: 87.88 درجه سانتیگراد
• هیت سینک بدون تیغه خنک کننده: 89.12 درجه سانتیگراد
• بدون هیت سینک: 151.4 درجه سانتیگراد

این ماده چگونه باعث افزایش طول عمر لپ تاپ و کامپیوتر می‌شود؟

کاربرد خمیر سیلیکون، افزایش رسانایی گرما بین قطعات لپ تاپ و کامپیوتر و هیت سینک است. در واقع، این ماده تخلیه حرارت را بهبود بخشیده و از داغ شدن لپ تاپ و کامپیوتر حفاظت می‌کند. خمیر سیلیکون به چندین روش باعث افزایش طول عمر قطعات می‌شود:

• خمیر سیلیکون، خلاهای میکروسکوپی بین سطوح را پوشانده و باعث انتقال هر چه بهتر گرما و کاهش مقاومت حرارتی کلی لپ تاپ و کامپیوتر می‌شود.
• خمیر سیلیکون با فراهم کردن امکان انتقال هر چه بهتر حرارت، مانع از تجمع حرارت اضافه در قطعات لپ تاپ و کامپیوتر می‌شود. حرارت اضافه می‌تواند به آنها آسیب وارد کرده و طول عمر دستگاه را کاهش دهد.
• تغییرات دما، می‌تواند باعث ایجاد انقباض و انبساط حرارتی در قطعات لپ تاپ و کامپیوتر شود. خمیر سیلیکون با حفظ دمایی نسبتاً ثابت و کاهش خطر داغ شدن بیش از حد، به افزایش طول عمر و ثبات عملکرد لپ تاپ و کامپیوتر کمک می‌کند.
• حفظ عملکرد بهینه لپ تاپ و کامپیوتر، مستلزم استفاده از یک سیستم خنک کننده کارآمد است. خمیر سیلیکون، با تخلیه بهتر حرارت، باعث حفظ عملکرد بهینه دستگاه برای مدتی طولانی می‌شود. این مهمترین کاربرد خمیر سیلیکون به شمار می‌آید.

لزوم استفاده از خمیر سیلیکون زیر سینک های حرارتی چیست؟

استفاده درست از خمیر سیلیکون، مزایای مختلفی به همراه دارد که عملکرد حرارتی لپ تاپ و کامپیوتر را بهینه سازی می کنند؛ از جمله:

• خمیر حرارتی، خلاهای میکروسکوپی بین CPU و هیت سینک را پر می‌کند. این در نهایت منجر به افزایش سطح تماس و انتقال گرما می‌شود. در نتیجه به تهویه هر چه بهتر حرارت کمک می‌کند.
• کاربرد خمیر سیلیکون، کاهش دمای عملیاتی قطعات لپ تاپ و کامپیوتر است. این در نهایت باعث افزایش طول عمر و کاهش خطر داغ شدن بیش از حد و خرابی دستگاه می شود.
• در لپ تاپ و کامپیوترهایی با قطعات قوی و پرمصرف، افزایش دور فن خنک کننده باعث ایجاد سروصدای زیادی می‌شود. دیگر کاربرد خمیر سیلیکون، کمک به فن خنک کننده برای تخلیه گرما و کار کردن با دور کمتر است. در نتیجه، فن آلودگی صوتی کمتری ایجاد می‌کند.
• افزایش دمای لپ تاپ و کامپیوتر می‌تواند باعث افت عملکرد آنها شود. کاربرد خمیر سیلیکون، کاهش دما برای مدت طولانی تر و بهینه سازی عملکرد دستگاه است.
• خمیر سیلیکون، یک راهکار ارزان قیمت برای یکی از مشکلات رایج در لپ تاپ و کامپیوتر است. این ویژگی، خمیر سیلیکون را تبدیل به گزینه ای مقرون به صرفه برای بهبود عملکرد این دستگاه ها کرده است.

چگونه از خمیر سیلیکون استفاده کنیم؟

اکنون که متوجه شدید خمیر سیلیکون چیست و اهمیت آن را درک کردید، نوبت به یادگیری استفاده از خمیر سیلیکون است. فرایند اعمال خمیر سیلیکون در لپ و تاپ کامپیوتر نسبتاً راحت است اما برای دستگاه هایی که ولتاژ و خروجی برق بالایی دارند، باید به چند نکته توجه داشت. در ادامه، راهنمای گام به گام استفاده از خمیر سیلیکون در لپ تاپ و کامپیوتر را مرور می‌کنیم.

دستگاه را خاموش کرده و از برق بکشید. برای حفظ ایمنی حین کار، قبل از اعمال خمیر سیلیکون، باید کامپیوتر یا لپ تاپ را از برق بکشید.

هیت سینک را برداشته و سطح را تمیز کنید. قبل از اعمال خمیر سیلیکون، سطح CPU و هیت سینک را به طور کامل و با استفاده از الکل ایزوپروپیل یا سایر پاک کننده‌های مناسب، تمیز کنید. مراقب باشید که این تمیزکاری، باعث تخلیه الکتریکی قطعات دستگاه نشود.

مقدار کمی خمیر سیلیکون را (به اندازه یک نخود) در وسط CPU قرار دهید. توصیه می‌شود که در سیستم‌هایی با ولتاژ بالا، از خمیری استفاده کنید که ضریب رسانایی بالایی داشته باشد تا گرما، به بهترین شکل ممکن خارج شود.

با استفاده از یک کارت پلاستیکی یا یک ابزار مناسب دیگر، خمیر را به صورت یکدست روی کل سطح CPU پخش کنید. از ایجاد فشار بیش از حد که می‌تواند باعث تشکیل حباب‌های هوا شده و تهویه حرارت را مختل کند، خودداری کنید.

هیت سینک را نصب کنید!

پس از اعمال خمیر سیلیکون به شکل یکنواخت، هیت سینک را به CPU وصل کرده و محکم کنید. مطمئن شوید که هیت سینک در جهت درست نصب شده است. همچنین هیت سینک باید به صورت یکنواخت محکم شود تا آسیبی به CPU وارد نشود.

پس از نصب دوباره هیت سینک، کامپیوتر یا لپ تاپ را روشن کنید. سپس عملکرد آن را با دقت تحت نظر بگیرید. اگر دمای دستگاه بیش از حد زیاد است، می‌توانید از خمیر سیلیکون بیشتری استفاده کرده یا سیستم خنک کننده دستگاه را ارتقاء دهید.

هنگام استفاده از خمیر سیلیکون در لپ تاپ و کامپیوتر، دستورالعمل ها و توصیه‌های تولید کننده را حتما رعایت کنید.

جمع بندی

در این مقاله به سوال "خمیر سیلیکون چیست" پاسخ دادیم و اهمیت استفاده از این ماده را بررسی کردیم. همانطور که گفتیم، خمیر سیلیکون برای افزایش طول عمر و حفظ عملکرد بهینه لپ تاپ و کامپیوتر لازم است. به ویژه برای سیستم هایی که با ولتاژ بالا کار می‌کنند. خمیر سیلیکون به انتقال هر چه بهتر گرما بین قطعات دستگاه و هیت سینک کمک کرده و از بروز مشکل یا داغ شدن بیش از حد دستگاه جلوگیری می کند.

کاربرد خمیر سیلیکون این است که ناهمواری‌های بین سطوح قطعات الکترونیک (مثل CPU) و هیت سینک را پر کرده و به انتقال بهتر گرما کمک کند. برای حفظ عملکرد بهینه دستگاه و افزایش طول عمر آن، باید خمیر سیلیکون را به نحو درست استفاده کنید. از جمله اشتباهات رایج هنگام استفاده از خمیر سیلیکون می‌توان به استفاده بیش از حد از خمیر و یکنواخت نبودن آن روی سطح اشاره کرد.

هنگام انتخاب خمیر سیلیکون باید به ویژگی‌هایی مثل هدایت گرما، ویسکوزیته، هدایت الکتریکی و عمر خمیر سیلیکون توجه کرد.  توصیه می‌شود که قبل از اعمال خمیر سیلیکون، سطوح مورد نظر را تمیز کرده و به اندازه لازم از خمیر استفاده کنید.

چشم انداز آینده تکنولوژی خمیر سیلیکون بسیار امیدوارکننده است. چون تحقیق و توسعه برای بهبود عملکرد و سازگاری آن با تکنولوژی های نوظهور ادامه دارد.