TIM چیست و چگونه باید از آن استفاده کنیم

اشتراک:

نحوه کار TIM شاید تاکنون با مباحث و یا مقالات زیادی در رابطه با خمیرهای حرارتی برخورد کرده باشید، ولی
ما در این مقاله به شما نشان خواهیم داد که این مولفه به ظاهر بی اهمیت می تواند نقش بسیار
مهمی در سلامتی پردازنده شما داشته باشد و در عین حال بسیاری از تصوراتی که تاکنون درباره آن داشته اید،
نادرست هستند.
شاید این گفته تا حدودی برای شما اغراق آمیز به نظر برسد، اما در یک سیستم به پیچیدگی یک PC،
حتی کوچکترین بخشها نیز می توانند اهمیت حیاتی پیدا کنند.
بدون TIM) Thermal)Interface Material، کامپیوتر قدرتمند ۴ هسته ای شما احتمالا نمی تواند به اندازه کافی برای بارگذاری بازی محبوبتان
دوام بیاورد.
یک پردازنده دسک تاپ مقدار بسیار زیادی حرارت (تا ۱۳۰ وات) را در یک ناحیه کوچک و بسیار متمرکز تولید
می کند و به همین دلیل است که ما از یک خنک کننده برای دفع گرمای داخل کیس استفاده می
کنیم.
مشکل در اینجا است که خنک کننده این حرارت را از طریق اتصال دفع می نماید.
ممکن است این تفکر در ذهن شما ایجاد شود که “خوب، اینکار که بسیار آسان است، سطح صاف پردازنده را
به پایه صاف و هموار حرارت گیر(HeatSink) می چسبانیم و همه چیز تمام خواهد شد.” با اینحال، حتی با وجود
آنکه هر دو سطح مذکور کاملا هموار و صیقلی به نظر می رسند، یک میکروسکوپ به آسانی می تواند عرصه
هولناکی از برآمدگیها، فرورفتگیها و شیارها را بر روی آنها آشکار کند.
هر جائیکه این خراشیدگیها ایجاد شده اند، دو سطح نمی توانند بطور کامل با یکدیگر تماس برقرار کنند و به
همین دلیل یک کیسه هوا در بین آنها باقی می ماند.
از آنجائیکه هوا یک رسانای ضعیف حرارتی است، ناحیه تماس موثر بطور جدی کاهش یافته و این کیسه های هوا
برای جلوگیری از عملکرد موثر خنک کننده شما کافی خواهند بود.
TIM این فواصل کوچک را پر می کند تا انتقال حرارتی را بهبود بخشد.
خصوصیات TIM هر ماده چسبناک و یا گریس قدیمی نمی تواند کار TIM را انجام دهد.
در هنگام تولید TIM، تولیدکنندگان باید عوامل زیر را در نظر داشته باشند: – رسانائی حرارتی، مهمترین خصوصیت هر ماده
واسط حرارتی است و نشان می دهد که کارآئی ماده مورد نظر برای انتقال حرارت تا چه اندازه خواهد بود.
این خصوصیت معمولا بر حسب وات بر متر کلوین (W/mK) اندازه گیری می شود و مقادیر بزرگتر آن بیانگر رسانائی
حرارتی بالاتری هستند.
هرچه رسانائی حرارتی بالاتر باشد، TIM در کاهش دمای CPU شما از کارآئی بالاتری برخوردار خواهد بود.
یک ماده با رسانائی حرارتی ضعیف، کارآئی پائینتری را در انتقال حرارت از سطح فراهم خواهد کرد و به همین
دلیل شما باید هزینه بیشتری را برای خنک کننده CPU خود بپردازید تا به همان سطح از عملکرد برسید که
در صورت استفاده از یک ماده واسط حرارتی با رسانائی حرارتی بهتر در اختیار داشتید.
– رسانائی الکتریکی، توانائی ماده مورد نظر برای انتقال الکتریسیته را نشان می دهد.
از آنجائیکه TIM در محدوده ای کار می کند که می تواند به مدارهای ارزشمند بسیار نزدیک باشد، رسانائی الکتریکی
بالا چندان مطلوب نخواهد بود.
اکثر مواد واسط حرارتی امروزه بر پایه سرامیک ساخته می شوند و فاقد خصوصیت رسانائی الکتریکی هستند.
با اینحال، بعضی از TIMهای مبتنی بر مواد فلزی هنوز دارای خصوصیت رسانائی الکتریکی می باشند و به دلایل آشکاری
چندان توصیه نمی شوند.
– خصوصیات انتشاری یک ماده، توانائی آن (با در نظر گرفتن حرارت و فشار) برای پخش شدن و پر نمودن
تمام کیسه های کوچک هوای بین پردازنده و حرارت گیر را بیان می کند.
تولید کننده در عین حال باید مشخص نماید که ماده مورد نظر تا چه اندازه می تواند با ضخامت پائین
تری اعمال شود.
بطور کلی، هرچه لایه TIM نازک تر باشد، انتقال حرارتی موثرتر خواهد بود.
– اعتمادپذیری و پایداری طولانی مدت یک ماده، توانائی آن برای تامین رسانائی حرارتی کافی در طول یک دوره زمانی
طولانی است.
آیا TIM تحت حرارت جابجا شده و نواحی حیاتی را بدون پوشش خواهد گذاشت؟ آیا بیش از حد روان گردیده
و بر اثر گرما و فشار از محل خود خارج می شود؟ آیا در طول زمان سخت گردیده و خرد
می شود؟ اینها مواردی هستند که اگر از یک ماده TIM با کیفیت پائین استفاده کرده باشید می توانند اتفاق
بیفتند و در نتیجه باعث افزایش بیش از حد دما میگردند.
از سوی دیگر، شما در مورد موادی با کیفیت بالاتر هیچ نگرانی نخواهید داشت.
پدها در مقابل خمیرها TIMها به دو نوع اصلی تقسیم می شوند.
اگر تاکنون یک پردازنده بسته بندی شده را خریداری کرده باشید، احتمالا با پدهای حرارتی آشنا شده اید.
این پدها، قطعات مربع شکل کوچکی از ماده Phase-Change (ماده ای که وضعیت آن بر حسب دما از حالت جامد
به مایع تغییر می کند) هستند.
در دمای اتاق، این پدها جامد و یا نیمه جامد هستند اما به محض آنکه دمای پردازنده افزایش پیدا می
کند، ماده تشکیل دهنده پد نرم می شود تا یک اینترفیس نازک رسانای حرارتی را فراهم نماید.
پدهای حرارتی غالبا مورد تمسخر قرار می گیرند، اما مزایای خاص خود را دارند.
این پدها از کثیف کاری در محدود پردازنده جلوگیری نموده، از قبل اعمال گردیده و بطور یکنواختی در سراسر سطح
حرارت گیر توزیع شده اند.
به همین دلیل است که تولیدکنندگان پردازنده ها ترجیح می دهند برای حرارت گیرهای تک فروشی خود از آنها استفاده
نمایند.
در عین حال، احتمال جابجائی این پدها در بلندمدت بسیار کمتر از خمیرهای ارزانقیمت خواهد بود.
با اینحال، رسانائی حرارتی یک پد حرارتی معمولا به اندازه یک TIM مناسب نیست و این پدها تنها فشار ثابت
گیره های نگهدارنده حرارت گیر کار می کنند.
اگر گیره های مذکور فشار کافی را فراهم نکنند، این پدها بی مصرف خواهند بود.
بعلاوه، این پدها می توانند در بلندمدت با مشکلاتی نیز مواجه شوند.
از آنجائیکه پایه حرارت گیر و CPU بر اثر حرارت منبسط می شوند، پدها همیشه وضعیت خود را حفظ نکرده
و در نتیجه کیسه های هوائی ایجاد می شوند.
با اینحال، در پردازنده های جدیدتری که TDP آنها افزایش یافته است، پدهای حرارتی به تدریج به نفع نوعی از
روغنهای حرارتی که بر روی حرارت گیر اعمال می شوند، کنار رفته اند.
این تغییر بخاطر آن است که پدهای حرارتی تولید شده بوند تا در دمای معینی به مایع تبدیل شوند، اما
اگر دما از میزان مورد نظر بالاتر برود، مایع کیفیت خود را از دست داده و از سطوح جدا می
شود.
از سوی دیگر، یک خمیر که در داخل یک کیسه کوچک، لوله، بطری و یا سرنگ کوچک ارائه می شود،
در نمونه های سطح پائین تر حاوی یک روغن با پایه سیلیکون می باشد که فواصل مابین سطح را پر
می کند و یا در نمونه های سطح بالاتر از یک روغن یا ژل حاوی ذرات معلق از یک یا
چند ماده با رسانائی حرارتی بالا تشکیل شده است.
این روغن یا ژل بر روی هر دو سطح اعمال شده و سپس در طول عملکرد خود، بطور آزادانه جریان
پیدا می کند تا فواصل موجود را از بین ببرد (با اینحال در مورد ژلها معمولا یک دوره زمانی “عمل
آوری” وجود دارد که در آن ماده واسط حرارتی در محل خود تثبیت شده و فواصل را پر می کند).
در طول زمان، این ماده سخت تر شده و در یک وضعیت پایدارتر و ” لاستیکی” قرار می گیرد.
ژلها و روغنها نیز اشکالات خاص خود را دارند.
پیش از هر چیز، TIM می تواند تحت فشار و گرما از ناحیه اتصال به بیرون راه پیدا کند.
از سوی دیگر، اجزاء مایع آنها می توانند در طول زمان تبخیر گردند که در نتیجه باعث سخت شدن و
سپس شکنندگی و خرد شدن آنها خواهد گردید.
ژلها و روغنها در عین حال در برابر استفاده نادرست آسیب پذیرتر هستند.
اگر مقدار بیش از حدی از این مواد را بر روی سطوح اعمال نموده و یا آنها را بطور یکنواخت
پخش نکنید، یک اینترفیس حرارتی با کارآئی بسیار کمتر را بدست خواهید آورد و یا باعث می شوید که مواد
اضافی از محل خود به بیرون نشت کرده و مادربرد شما را کثیف نمایند.
بطور کلی، هرچه TIM شما چسبناک تر باشد، مقاومت بیشتری در برابر تاثیرات منفی خواهد داشت.
این موضوع یکی از دلایلی است که باعث شدند روغنهای سیلیکونی اولیه بطور دائمی با ژلها و یا روغنهای polysynthetic
جایگزین گردند.
ذرات TIM مشتاقان سخت افزاری عموما ژلها و خمیرها را در سطح بالاتری نسبت به پدهای حرارتی دسته بندی می
کنند، اما حتی در اینجا نیز باید درباره یک گزینه تصمیم بگیرید: ترجیح می دهید روغن حرارتی شما حاوی چه
ماده معلقی باشد.
TIM های متوسط از ذرات مواد سرامیکی نظیر اکسید آلومینیوم، نیترید بور و اکسید روی در ابعاد میکرونی استفاده می
کنند که تمام آنها رسانائی حرارتی مناسب، رسانائی الکتریکی پائین و هزینه توجیه پذیری را فراهم می نمایند.از سوی دیگر،
TIM های گرانتر از ذرات فلزی با رسانائی حرارتی بالاتر نظیر نقره یا مس استفاده می کنند.
با اینحال، باید موضوع رسانائی الکتریکی بالاتر گروه دوم را در نظر داشته باشید زیرا در صورت نشت از ناحیه
تماس سطوح مورد نظر می توانند خطر بروز مشکلاتی را به همراه داشته باشند.
از یک دیدگاه، کارآئی بهینه این مواد می تواند ارزش اندکی ریسک را داشته باشد، اما از سوی دیگر ممکن
است ما در حال صحبت راجع به یک تفاوت بسیار کوچک در بازدهی این مواد باشیم.
انواع TIM – روغن حرارتی: همان TIM ابتدائی و لجنی استاندارد که رسانائی حرارتی آن معمولا کمتر از ۱W/mK است.
– پد حرارتی: رسانائی حرارتی این پدها می تواند تا ۱/۵W/mK باشد.
با اینحال، آنها همیشه بصورت پد باقی نمانده اند و در حال حاضر با نوعی از روغنهای حرارتی که بر
روی بخش زیرین حرارت گیر”Screen-Printed” می شوند، جایگزین گردیده اند.
– ترکیب حرارتی سرامیکی (نظیر Arctic Alumina): این ماده حرارتی سرامیکی پایدار بر پایه اکسید آلومینیوم و یا نیترید بور(Boron
Nitride) است.
رسانائی حرارتی این ماده در حدود ۴W/mK می باشد.
– ترکیب حرارتی مسی (نظیرFrozenCPU Copper): این ماده حاوی ذرات مس در داخل یک ژل حرارتی است.
مس پس از نقره دارای بهترین رسانائی حرارتی می باشد و این نوع TIM دارای رسانائی حرارتی معادل ۴٫۵W/mK است.
– ترکیب حرارتی نقره ای (نظیر Arctic Silver 5): این ماده حاوی ذرات نقره به همراه ذرات اکسید روی، نیترید
بور و اکسید آلومینیوم در یک ژل روغن polysynthetic است.
نقره دارای بالاترین رسانائی حرارتی در میان فلزات می باشد و به همین دلیل، رسانائی حرارتی این نوع ترکیبات به
۸W/mK می رسد.
– فلز مایع (نظیر CoolLaboratory Liquid Metal): این ماده یک آلیاژ فلزی است که در دمای اتاق بصورت مایع باقی
می ماند، در نتیجه به آسانی می توانید آن را بر روی سطوح اعمال نمائید زیرا همانند یک خمیر روان
است.
این ماده دارای رسانائی حرارتی بالائی است اما در عین حال رسانائی الکتریکی بالائی نیز دارد.
TIM های پیشرفته دو نوع دیگر از TIM ها نیز وجود دارد که یکی از آنها در حال حاضر قابل
دسترسی می باشند و دیگری در راه است: نوع اول، فلز Phase-Change است: یک خمیر یا پد فلزی جامد که
در دمای عملیاتی به مایع تبدیل می شود.
از جنبه های مختلف، این TIM مزایای روغنها، ژلها و یا پدهای حرارتی را با یکدیگر ترکیب می کند.
در واقع این مواد به آسانی اعمال می شوند و دارای قابلیت انتشار و رسانائی حرارتی بالائی هستند اما استعداد
پائین تری برای نشت و یا سخت شدن دارند.
در آینده، فناوری نانو احتمالا مزایای زیادی را در این حوزه به همراه خواهد داشت.
محققین دانشگاه Purdue هند در حال حاضر یک TIM مبتنی بر نانو لوله های کربنی را تهیه کرده اند که
یک شبکه شبیه به Velcro از فیبرها را در بین دو سطح تشکیل می دهد.
این فیبرها از پتانسیل انتقال حرارتی بسیار بالاتر و موثرتری نسبت به مواد موجود برخوردارند.
نحوه اعمال صحیح TIM پیش از اعمال هر ماده واسط حرارتی جدید، باید سطح پردازنده و پایه حرارت گیر را
با استفاده از مقداری پاک کننده Akasa TIM یا Arctic Silver ArctiClean و یک پارچه بدون پرز تمیز نمائید.
حالا نباید هیچ لکه ای بر روی پردازنده و یا پایه حرارت گیر دیده شده و یا هیچ باقیمانده یا
پرزی بر روی آنها وجود داشته باشد.
استفاده از ماده پاک کننده TIM باقیمانده های TIM قبلی را از بین برده و تضمین می کند که لایه
جدید TIM با بالاترین کارآئی ممکن عمل خواهد کرد.
حالا که پردازنده شما درخشان و تمیز به نظر می رسد، باید به نکته بسیار مهم توجه داشته باشید.
شما تنها به مقدار بسیار اندکی از TIM نیاز دارید.
در واقع، یک قطره در اندازه یک دانه برنج معمولا برای اعمال TIMهای معمولی بر روی CPU های مدرنی با
پخش کننده های حرارتی مجتمع(Integrated Heatspreader) نظیر آنچه که در شکل [۸] مشاهده می کنید، کافی خواهد بود.
با اینحال، اگر در حال استفاده از یک ماده واسط حرارتی از نوع فلز مایع نظیرCoollaboratory Liquid Pro هستید، حتی
به مقدار کمتری از آن نیاز خواهید داشت.
توجه داشته باشید که اعمال و یا پاکسازی این نوع TIM تا حدودی به مهارت نیاز دارد (و آنها در
عین حال رسانای الکتریکی هستند)، بنابراین مطمئن شوید که به هیچ وجه آنها را در داخل کیس خود نریخته اید.Coollaboratory
Liquid Pro در عین حال دارای خصوصیت خورندگی آلومینیوم می باشد، بنابراین بهتر است آن را با خنک کننده های
مسی مورد استفاده قرار دهید.
توصیه می کنیم تمام اطلاعات موجود بر روی سایت وب شرکت تولیدکننده این نوع TIM ها را مطالعه نمائید.
اگر در مورد استفاده از آنها تردید دارید، بهتر است از یک TIM نوع خمیری نظیر Arctic Silver 5 استفاده
نمائید.
برای پردازنده های قدیمی تر (و یا موبایل) نظیر Athlon XP یا Pentium III که هسته آنها در زیر یک
پخش کننده حرارتی مجتمع قرار نگرفته است ( شکل[۱۰])، شما صرفا به کوچکترین مقدار ممکن از TIM خود که توانائی
اداره آن را داشته باشید، نیاز خواهید داشت.
اگر این ماده را بیش از حد اعمال کرده اید، مقادیر اضافی را با یک پارچه تمیز برداشته و مجددا
امتحان نمائید.
پس از آنکه مقدار کمی از TIM را بر روی CPU قرار دادید، اکنون نوبت پخش کردن صحیح آن است.
یک ورقه پلاستیکی نازک (یک کیسه پلاستیکی ساندویچ در این مورد کاملا مناسب است) را برداشته و مرکز آن را
بر روی انگشت اشاره خود قرار دهید.
حالا این ورقه پلاستیکی را بکشید تا انتهای انگشت شما باعث کشیدگی پلاستیک گردد.
وقتی تمام چین خوردگی های پلاستیک برطرف شد، آن را با انگشت میانی و شست خود محکم نگهدارید.
شما سپس باید TIM را با استفاده از کمی فشار بر روی سطح پردازنده خود بمالید تا ناهمواریهای سطح آن
را پر کند.
مطمئن شوید که ماده بطور یکنواختی پخش شده است.
شما باید پردازنده خود را در طول انجام اینکار بر روی یک سطح تخت و سخت قرار دهید، اما مراقبت
باشید که فشار بیش از حدی را اعمال نکنید، زیرا نمی خواهید باعث خم شدن پایه های پردازنده خود شوید.
بر اساس تجربه ما، بهترین شیوه این است که TIM را ابتدا بصورت یک خط باریک در وسط سطح پردازنده
اعمال کرده و سپس آن را به دو طرفین گسترش دهید تا تمام سطح Heatspreder را بپوشاند.
به هر حال شما می توانید از شیوه های متفاوتی که برای خودتان راحت تر هستند استفاده نمائید.
در مورد انواع TIMهای فلز مایع نظیر Coollaboratory Liquid Pro، متوجه خواهید شد که وقتی مشغول پخش کردن مایع هستید
یک سطح آئینه مانند بر روی سطح پردازنده ایجاد می گردد.
شما می خواهید تمام سطح پردازنده چنین ظاهری داشته باشد، زیرا به این ترتیب مطمئن خواهید شد که مایع بطور
کامل بر روی آن اعمال شده است.
برای اضافه کردن TIM بیشتر وسوسه نشوید زیرا همان مقداری که بر روی پردازنده خود اعمال کرده اید نهایتا تمام
سطح Heatspreder را خواهد پوشاند.
یک حرکت دورانی ثابت می تواند TIM را بطور یکسانی توزیع کند.
شما باید هر نوع متن چاپ شده بر روی Heatspreder را با استفاده از TIM مخفی کرده و به یک
جلای یکنواخت نقره ای بر روی آن برسید که دارای رنگ یکسانی است.
برای مثال، Arctic Silver 5 رنگ Heatspreder را به خاکستری تیره تغییر می دهد.
اگر سطح شما یکنواخت باشد، یک انعکاس محدود از اشیاء دیگر را بر روی آن مشاهده خواهید کرد.
پس از آنکه Coollaboratory Liquid Pro را با حوصله کافی پخش کردید، ظاهر وحشتناک آن یک جلوه درخشان نقره ای
را به Heatspreder پردازنده شما خواهد داد.
حالا پردازنده شما برای استفاده آماده است.
با اینحال، اکثر TIMها پیش از آنکه بتوانند حداکثر عملکرد خود را به نمایش بگذارند به مدتی زمان برای “عمل
آوری” نیاز دارند ( برای Arctic Silver 5 این مدت به ۲۰۰ ساعت می رسد).
حتی با در نظر گرفتن این موضوع نیز اگر قبلا نصف یک لوله TIM را بر روی پردازنده خود اعمال
کرده بودید، حالا بلافاصله شاهد یک افت چشمگیر در دمای پردازنده خود خواهید بود.
منبع:بزرگراه رایانه

گردآوری: پرشین وی

راه های تشخیص لوازم جانبی موبایل فیک و اصل

چه چیزی عمر گوشی موبایل را کم میکند ؟ (سامسونگ، شیائومی، هواوی، نوکیا و آیفون (اپل))

کاهش زمان پاسخ سرور با ۶ راهکار

سئو تضمینی چیست؟ آیا این ادعا در بهینه سازی صحیح است؟