Keo tản nhiệt được làm từ gì và nên bôi bao nhiêu?
Keo tản nhiệt, còn được gọi là vật liệu tiếp xúc nhiệt (TIM), là một hợp chất dẫn nhiệt lấp đầy các khe hở không khí siêu nhỏ giữa bề mặt chip CPU/GPU và bộ tản nhiệt của nó. Vật liệu này chủ yếu được làm từ nền polymer (silicone, acrylic hoặc epoxy) chứa các hạt gốm, kim loại hoặc carbon. Lượng bôi tối ưu là một giọt có kích thước bằng hạt đậu (khoảng 0,05 đến 0,1 cm khối) đặt ở tâm của nắp tản nhiệt tích hợp (IHS), tạo ra độ dày lớp keo sau khi lắp đặt từ 0,05 đến 0,1 milimét.
Thành phần vật liệu và độ dẫn nhiệt
Vật liệu nền quyết định đặc tính xử lý của keo, trong khi chất độn quyết định hiệu suất nhiệt. Nền polymer (thường chiếm 20-30% thể tích) tạo độ nhớt và ngăn hiện tượng bơm keo ra ngoài, còn chất độn dẫn điện (70-80% thể tích) tạo đường truyền nhiệt.
Các chất độn phổ biến và giá trị dẫn nhiệt của chúng: - Kẽm oxit: 25 W/mK (kích thước hạt 0,5-10 micromet) - Nhôm oxit: 30 W/mK (kích thước hạt 1-20 micromet) - Boron nitride: 60 W/mK (cấu trúc tinh thể lục giác) - Bạc: 429 W/mK (dạng vảy hoặc hình cầu, 1-5 micromet) - Bột kim cương: 900-2000 W/mK (tổng hợp, 0,5-2 micromet) - Ống nano carbon: 3000 W/mK (định hướng, nhưng khó phân tán)
Để tham khảo, không khí chỉ có độ dẫn nhiệt 0,026 W/mK. Một khe hở không khí 0,05 mm dưới chip CPU 100W có thể gây tăng nhiệt độ hơn 20 độ C, đó là lý do keo tản nhiệt là bắt buộc. Độ dẫn nhiệt hiệu dụng của hợp chất keo cuối cùng dao động từ 1,5 W/mK đối với keo gốm giá rẻ đến 12,5 W/mK đối với hợp kim kim loại lỏng cao cấp (hợp kim eutectic gali-indium, điểm nóng chảy 15,7 độ C).
Độ nhớt và kỹ thuật kích thước hạt
Độ nhớt được đo bằng centipoise (cP). Keo gốc silicone tiêu chuẩn có độ nhớt từ 200.000 đến 350.000 cP ở 25 độ C. Keo có độ nhớt cao (trên 400.000 cP) chống lại hiện tượng bơm keo ra ngoài trong môi trường rung động mạnh nhưng đòi hỏi áp lực lắp đặt cao hơn. Keo có độ nhớt thấp (dưới 150.000 cP) dễ trải đều nhưng có thể bị "bơm ra ngoài" sau các chu kỳ nhiệt.
Phân bố kích thước hạt ảnh hưởng trực tiếp đến độ dày lớp keo tối thiểu. Keo có hạt 10 micromet không thể đạt độ dày lớp keo mỏng hơn 10 micromet mà không bị các hạt cầu nối qua khe hở và làm xước chip hoặc bộ tản nhiệt. Keo chính xác cho làm mát trực tiếp trên chip sử dụng hạt 0,5 đến 3 micromet để đạt độ dày lớp keo 25 đến 50 micromet.
Nhà máy BQUQ của chúng tôi sử dụng máy nghiền ba trục để phân tán hạt, đạt độ đồng đều cộng trừ 2 phần trăm theo thể tích. Chúng tôi kiểm tra từng mẻ bằng máy phân tích kích thước hạt nhiễu xạ laser (Malvern Mastersizer 3000) để đảm bảo giá trị D50 (kích thước hạt trung vị) nằm trong khoảng 0,5 micromet so với thông số kỹ thuật.
Lượng bôi: Quy tắc 0,1 gram
Lượng keo tản nhiệt chính xác phụ thuộc vào diện tích IHS và độ dày lớp keo mong muốn. Công thức là:
Thể tích (milimét khối) = Diện tích (milimét vuông) x Độ dày lớp keo (milimét)
Đối với CPU AMD AM5 tiêu chuẩn (diện tích IHS 558 milimét vuông), độ dày lớp keo 0,05 mm cần 27,9 milimét khối keo. Đối với Intel LGA1700 (diện tích IHS 455 milimét vuông), cùng độ dày lớp keo cần 22,8 milimét khối.
Trong thực tế, điều này tương đương với: - Giọt hạt đậu: đường kính 4 đến 5 milimét (khoảng 30-50 milimét khối) - Đường hạt gạo: dài 3 đến 4 milimét, rộng 1,5 milimét (khoảng 15-25 milimét khối) - Hình chữ X: 2 đường cắt nhau, mỗi đường dài 5 milimét, rộng 2 milimét (khoảng 40-60 milimét khối)
Bôi quá nhiều keo (hơn 100 milimét khối) tạo áp lực thủy lực nâng bộ tản nhiệt lên, làm tăng độ dày lớp keo lên 0,2 milimét hoặc hơn. Điều này làm tăng điện trở nhiệt từ 40 đến 60 phần trăm. Bôi quá ít (dưới 10 milimét khối) để lại các túi khí bao phủ 15 đến 25 phần trăm diện tích chip, gây ra các điểm nóng cục bộ cao hơn 5 đến 8 độ C so với nhiệt độ trung bình.
Dữ liệu hiệu suất so sánh
| Loại keo | Độ dẫn nhiệt (W/mK) | Độ nhớt (cP) | Độ dày lớp keo tối ưu (mm) | Giá mỗi gram (USD) | Giảm nhiệt độ so với khe hở không khí (độ C) |
| Keo gốm (kẽm oxit) | 1,5 - 3,0 | 150.000 - 250.000 | 0,08 - 0,12 | 0,50 - 1,50 | 18 - 22 |
| Oxit kim loại (alumina) | 3,0 - 5,0 | 200.000 - 300.000 | 0,06 - 0,10 | 1,50 - 3,00 | 22 - 28 |
| Boron nitride | 5,0 - 8,0 | 250.000 - 350.000 | 0,05 - 0,08 | 3,00 - 6,00 | 28 - 35 |
| Bạc (hạt vi mô) | 6,0 - 10,0 | 180.000 - 280.000 | 0,04 - 0,07 | 5,00 - 10,00 | 30 - 40 |
| Kim loại lỏng (hợp kim gali) | 40,0 - 80,0 | 1.000 - 3.000 (dạng lỏng) | 0,02 - 0,04 | 15,00 - 25,00 | 45 - 55 |
Lưu ý: Mức giảm nhiệt độ được đo ở công suất chip 100W, nhiệt độ môi trường 25 độ C, với bộ tản nhiệt bằng đồng. Kim loại lỏng dẫn điện và yêu cầu IHS bằng đồng mạ niken để ngăn ăn mòn gali.
Phương pháp trải keo và áp lực lắp đặt
Phương pháp trải keo tối ưu phụ thuộc vào độ nhớt của keo và cơ chế lắp đặt bộ tản nhiệt. Đối với keo trên 250.000 cP, phương pháp hạt đậu (chấm ở giữa) được khuyến nghị vì áp lực lắp đặt sẽ tự nhiên trải keo ra ngoài. Đối với keo dưới 200.000 cP, phương pháp trải mỏng (dùng lưỡi dao lam hoặc bay để phủ một lớp đều) đáng tin cậy hơn.
Áp lực lắp đặt rất quan trọng. Áp lực tiếp xúc khuyến nghị giữa IHS kim loại và bộ tản nhiệt đồng là 20 đến 40 pound trên mỗi inch vuông (psi), đạt được bằng tấm gia cố phía sau với vít lò xo. Ở 20 psi, keo nén xuống còn 90 phần trăm thể tích ban đầu. Ở 40 psi, keo nén xuống còn 80 phần trăm. Vượt quá 60 psi có thể khiến keo bị ép ra hoàn toàn, để lại mối nối khô.
Chu kỳ nhiệt (bật/tắt nguồn) gây ra sự giãn nở khác nhau giữa chip (hệ số giãn nở nhiệt 2,6 ppm/K đối với silicon), IHS (16,5 ppm/K đối với đồng) và bộ tản nhiệt (23 ppm/K đối với nhôm). Chuyển động này, thường từ 5 đến 15 micromet mỗi chu kỳ, có thể bơm keo ra khỏi khe hở. Keo có độ nhớt cao và keo có chỉ số thixotropic trên 2,0 (độ nhớt giảm khi chịu lực cắt và phục hồi khi đứng yên) chống lại hiệu ứng bơm keo này.
Kiểm soát chất lượng trong sản xuất
Tại BQUQ, chúng tôi sản xuất keo tản nhiệt cho khách hàng công nghiệp theo quy trình chứng nhận ISO 9001:2015. Các thông số quan trọng của chúng tôi là: - Độ dẫn nhiệt đo bằng phương pháp tấm nóng có chắn (ASTM D5470), dung sai cộng trừ 5 phần trăm - Độ nhớt đo bằng máy đo độ nhớt quay Brookfield ở 25 độ C, dung sai cộng trừ 10 phần trăm - Kích thước hạt D50 bằng nhiễu xạ laser, dung sai cộng trừ 0,5 micromet - Thoát khí kiểm tra theo ASTM E595, tổng khối lượng mất dưới 1 phần trăm cho ứng dụng cấp vũ trụ - Hạn sử dụng: 24 tháng ở 25 độ C, độ ẩm tương đối 60 phần trăm, trong bao bì ống tiêm kín
Đối với sản xuất khối lượng lớn (trên 10.000 đơn vị mỗi tháng), chúng tôi khuyến nghị phân phối tự động bằng ống tiêm khí nén với kim 0,6 milimét. Áp lực phân phối được đặt ở 60 đến 80 psi, với thời gian chu kỳ 0,8 đến 1,2 giây cho mỗi chấm. Trọng lượng chấm keo được kiểm tra trong quy trình bằng cân kiểm tra trọng lượng với dung sai cộng trừ 5 miligam.
Mẹo ứng dụng theo dạng FAQ
1. Có nên trải keo bằng thẻ không? Chỉ khi độ nhớt của keo dưới 200.000 cP và chip là loại tiếp xúc trực tiếp (không có IHS). Đối với CPU có IHS, phương pháp hạt đậu vượt trội hơn vì tránh tạo bọt khí. 2. Làm sao biết đã bôi quá nhiều? Nếu bạn thấy keo tràn ra từ các cạnh của IHS sau khi lắp đặt, bạn đã bôi thừa 30 đến 50 phần trăm. Hãy lau sạch bằng cồn isopropyl (90 phần trăm trở lên) và bôi lại. 3. Keo có hết hạn không? Có. Sau 24 tháng, nền polymer bị oxy hóa và độ nhớt tăng lên đến 30 phần trăm. Độ dẫn nhiệt không suy giảm, nhưng keo trở nên khó trải đều hơn. 4. Có thể tái sử dụng keo sau khi tháo bộ tản nhiệt không? Không. Khi lớp keo đã bị phá vỡ, các túi khí sẽ hình thành trong keo. Luôn làm sạch cả hai bề mặt bằng cồn isopropyl và bôi keo mới. 5. Nhiệt độ tối thiểu để bôi keo là bao nhiêu? Bôi ở nhiệt độ phòng (20 đến 25 độ C). Dưới 10 độ C, keo gốc silicone trở nên nhớt hơn 50 phần trăm và sẽ không trải đều được.
Kết luận
Keo tản nhiệt là một vật liệu composite được chế tạo chính xác gồm nền polymer và chất độn dẫn nhiệt, với kích thước hạt và độ nhớt được điều chỉnh cho các yêu cầu độ dày lớp keo cụ thể. Lượng bôi chính xác là một giọt hạt đậu (30 đến 50 milimét khối) cho bề mặt IHS CPU tiêu chuẩn, tạo ra độ dày lớp keo 0,05 đến 0,1 milimét dưới áp lực lắp đặt 20 đến 40 psi. Sử dụng đúng loại keo và lượng keo giúp giảm nhiệt độ CPU từ 20 đến 55 độ C so với khe hở không khí khô, ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống.
Đối với các kỹ sư cần vật liệu tiếp xúc nhiệt nhất quán và lặp lại được cho sản xuất, BQUQ cung cấp keo pha chế theo yêu cầu với dung sai chặt chẽ và quy trình báo giá trong 12 giờ. Đội ngũ của chúng tôi có thể đáp ứng ngân sách nhiệt, yêu cầu độ nhớt và phương pháp phân phối của bạn. Liên hệ với chúng tôi tại sc@bquq.com hoặc qua WhatsApp tại +86 13713157787, hoặc truy cập www.bquq.com để xem bảng dữ liệu và yêu cầu mẫu.
