Кіріспе
Жылу байланысын барынша арттыру үшін қолданылатын сұйықтық. Жылу пастасы (сондай-ақ жылу қоспасы, жылу майы, жылу интерфейс материалы (TIM), жылу гелі, жылу пастасы, жылу бөлігіш қоспасы, жылу бөлігіш пастасы немесе CPU майы деп аталады) – жылуды жақсы өткізетін (бірақ көбінесе электр тогын өткізбейтін) химиялық қоспа. Ол әдетте жылу бөлігіштер мен жылу көздері, мысалы, жоғары қуатты жартылай өткізгіш құрылғылары арасында қолданылады. Жылу пастасының басты міндеті – жылу беру мен таратуды барынша арттыру үшін интерфейс аймағындағы ауа қуыстарын немесе бос кеңістіктерді (ол жылу оқшаулағыш ретінде әрекет етеді) жою болып табылады. Жылу пастасы – жылу интерфейс материалдарының бір түрі. Жылуға жабысатын материалдардан айырмасы, жылу пастасы жылу көзі мен жылу бөлігіші арасындағы байланысқа механикалық күш қоспайды. Сондықтан, жылу бөлігішін орнында ұстап, жылу пастасын таратып, жұқалау үшін бұрандалар сияқты бекіткіш құралдармен қолдану қажет.
Thermal paste (also called thermal compound, thermal grease, thermal interface material (TIM), thermal gel, heat paste, heat sink compound, heat sink paste or CPU grease) is a thermally conductive (but usually not electrically conductive) chemical compound, which is commonly used as an interface between heat sinks and heat sources such as high power semiconductor devices. The main role of thermal paste is to eliminate air gaps or spaces (which act as thermal insulation) from the interface area in order to maximize heat transfer and dissipation. Thermal paste is an example of a thermal interface material. As opposed to thermal adhesive, thermal paste does not add mechanical strength to the bond between heat source and heat sink. It has to be coupled with a fastener such as screws to hold the heat sink in place and to apply pressure, spreading and thinning the thermal paste.
Құрамы
Термиялық паста полимерленетін сұйық матрицадан және электр оқшаулағыш, бірақ жылу өткізгіш толтырғыштардың үлкен көлемдік үлесінен тұрады. Типтік матрицалық материалдар – эпоксидтер, силикондар (силикон майлары), уретандар және акрилаттар; сондай-ақ, еріткіш негізіндегі жүйелер, ыстық балқыту жабысқыштары және қысымға сезімтал жабысқақ таспалар қолданылады. Алюминий оксиді, бор нитриді, мырыш оксиді және көбінесе алюминий нитриді осы жабысқыштардың толтырғыштары ретінде пайдаланылады. 2008 жылғы мақалада көрсетілгендей, толтырғыш мөлшері масса бойынша 70–80% дейін жете алады, бұл базалық матрицаның жылу өткізгіштігін 0,17–0,3 Вт/(м·К) (ватт метр кельвинге) шамамен 4 Вт/(м·К) дейін арттырады. Күміс термиялық қосылыстардың өткізгіштігі 3–8 Вт/(м·К) немесе одан да жоғары болуы мүмкін, олар силиконды/керамикалық ортада шашыратылған микрондалған күміс бөлшектерінен тұрады. Дегенмен, металл негізіндегі термиялық паста электр тогын өткізе алады және сыйымдылыққа ие болуы мүмкін; егер ол тізбектерге ағып кетсе, бұл жұмыс істемеуге және зақымдануға әкелуі мүмкін. Ең тиімді (және ең қымбат) пасталар дерлік толығымен сұйық металдан тұрады, әдетте галлинстан қорытпасының түрі, және олардың жылу өткізгіштігі 13 Вт/(м·К) асып түседі. Оларды тегіс жағу қиын, ал төгілуден туындаған ақаулардың қаупі жоғары. Бұл пасталар алюминийге өте коррозиялық галлийді қамтиды, сондықтан оларды алюминийден жасалған жылу тарату құрылғыларында қолдануға болмайды.
Қолданылуы
Термиялық паста әртүрлі компоненттер арасындағы жылу алмасуды жақсарту үшін қолданылады. Көбінесе, жартылай өткізгіш құрылғылардағы электр кедергісінен туындайтын артық жылуды кетіру үшін пайдаланылады, оның ішінде қуат транзисторлары, CPU, GPU және LED COB-тар. Бұл құрылғыларды салқындату өте маңызды, себебі артық жылу олардың өнімділігін жылдам төмендетіп, жартылай өткізгіштердің теріс температуралық коэффициент қасиетіне байланысты құрылғының күйреуіне дейін зақымдануына әкелуі мүмкін. Зауыттық компьютерлер мен ноутбуктерде (бірақ көбінесе планшеттер мен смартфондарда емес) CPU корпусының үстіңгі бөлігі мен жылу таратушы арасында термиялық паста қолданылады. Термиялық паста кейде CPU кристаллы мен оның біріктірілген жылу таратушысы арасында да қолданылады, бірақ кейде оның орнына қорытқыш пайдаланылады. CPU жылу таратушысы термиялық паста арқылы кристалға қосылған кезде, оверклокерлер сияқты өнімділікті арттыруға құштар адамдар "қақпақты ашу" деп аталатын процесте жылу таратушыны немесе CPU "қақпағын" кристалдан ажыратуға болады. Бұл оларға әдетте төмен сапалы болатын термиялық пастаны, жоғары жылу өткізгіштігі бар термиялық пастамен алмастыруға мүмкіндік береді. Мұндай жағдайларда көбінесе сұйық металл термиялық пасталар қолданылады.
Қиындықтар
Термиялық пастаның тұтқырлығы оны кейбір басқа термиялық интерфейс материалдарынан өзгеше ақау механизмдеріне осал етеді. Көбінесе кездесетін нәрсе – «сығылып шығу» құбылысы, яғни кристал мен жылу таратушы арасындағы термиялық пастаның жоғалуы, бұл олардың әртүрлі жылулық кеңею және тарылу жылдамдықтарына байланысты болады. Көптеген қуат циклдарынан кейін термиялық паста кристал мен жылу таратушы арасынан сығылып шығып, жылу өткізгіштігінің нашарлауына себеп болады. Тағы бір мәселе – кейбір қосылыстардағы полимер мен толтырғыш матрица компоненттерінің жоғары температурада бөлінуі. Полимерлік материалдың жоғалуы жақсы жабысу қабілетін төмендетіп, жылулық кедергінің артуына әкелуі мүмкін.