پد سیلیکون و کاربردهای آن به همراه راه حل مشکلات حرارتی EVGA GTX1000

دفع دما از قطعات الکترونیکی در مدارهای سخت افزاری، یکی از مهمترین اقداماتی است که عموما به دست تکنسین های کامپیوتر و الکترونیک صورت می گیرد. سلامت، طول عمر و کارکرد صحیح یک مدار مجتمع و یک برد دیجیتال در گرو تهویه صحیح این قطعات است.

بر خلاف تصور بسیاری از کاربران نه تنها پردازنده های مجتمع به دفع حرارت نیاز خواهند داشت، بلکه برخی قطعات از جمله چوک (Choke)، خازن (Capacitor)، سلف ها و…نیز نیازمند دفع صحیح حرارت هستند. به عنوان مثال می توان به مشکلات پدیدار شده در سیستم های خنک کننده ی کمپانی EVGA در کارت گرافیک های GTX1000 اشاره کرد. متاسفانه برای دومین بار شاهد یک اشتباه حرارتی از سوی این برند هستیم که می تواند موقعیت آن را در این بازار به شدت رقابتی مورد تهدید قرار دهد. به تازگی گزارشاتی در زمینه کارت گرافیک های EVGA FTW 1080 , 1070 منتشر شده است که کاربران از یک ضعف حرارتی در آن شکایت کرده اند. خاموشی ناگهانی تصویر (Black Screen Issues) و حتی خرابی فیزیکی برد در اثر تجمع حرارت در یک قسمت خاص، بخشی از این گزارش است. متخصصانی که این کارت گرافیک را مورد بررسی قرار داده اند، یکصدا اعلام کرده اند که حتی در زمان استفاده از ولتاژ پایه و عدم اورکلاک نیز این مشکل مشاهده می گردد. ظاهرا قضیه از این قرار است که بخش از مدار VRM فاقد برچسب های سیلیکون با هدف اتصال به هیت سینک هستند. دومین دلیل آن نیز در مشکلی مشابه برای IC های حافظه است. در برخی گزارش ها دمای تراشه های حافظه حتی به 107 درجه سانتی گراد رسیده است و این در حالی است که تحمل استاندارد آنها در رنج 95 درجه سانتی گراد است. EVGA که در روزهای نخست به رد این مقوله پرداخته بود، در نهایت آن را قبول کرده و به تمامی خریداران خود پد های سیلیکون را به طور رایگان عرضه کرد. این پد ها در بین هیت سینک و قطعات قرار خواهند گرفت.

در این مطلب ضمن آشنایی شما عزیزان با پد های حرارتی، شیوه اتصال صحیح آنها را نیز آموزش خواهیم داد. در ادامه به کاربرد و موارد استفاده ی صحیح پد های حرارتی می پردازیم.

پد های سیلیکونی (Silicon Pad) که گاها با نام ورق خنک کننده سیلیکون (Silicone Thermal Conductive) نیز شناخته می شوند، محصولاتی کاملا متفاوت با خمیر سیلیکون هستند. خمیر سیلیکون به طور عمده در پردازنده ها شامل GPU و CPU مورد استفاده قرار می گیرد و این در حالی است که پردازنده های مورد بحث از سطح فلزی در IHS برخوردار هستند. اما قطعاتی همچون خازن های فلزی، چوک و سلف های الکترونیکی و در نهایت بسیاری از مدارات مجتمع (IC) نه تنها قابلیت استفاده از خمیر های سیلیکون را دارا نیستند، بلکه سطح تماس آنها با هیت سینک بسیار ناچیز است. از سوی دیگر دمای تولید شده توسط این قطعات در حد و اندازه ای نیست که نیازمند استفاده از خمیر سیلیکون باشند.

اما یک هیت سینک در قطعاتی مانند کارت گرافیک به گونه ای طراحی شده است که قادر به تهویه مدار PWM و VRM باشد. بخش اندکی از هیت سینک با قطعات یاد شده در ارتباط است؛ در اینجا است که پای پد های سیلیکونی به میان می آید. این پدها مابین قطعات الکترونیکی و هیت سینک قرار می گیرند. به واسطه ویژگی انعطاف پذیری آنها، این ارتباط به خوبی اتفاق افتاده و قطعه با هیت سینک کاملا سازگار می گردد. جنس نرم و انعطاف پذیر آنها این امکان را به طراحان می دهد که بدون در نظر گرفتن مکان دقیق برخورد، قادر به اسمبل سریع و پر سرعت یک قطعه سخت افزاری شوند. در بسیاری از کارت گرافیک های High-End لوله های ناقل حرارت (Heat Pipe) تماسی با این قسمت ندارند و تنها قسمتی از هیت سینک به آنها متصل می گردد. در نتیجه می توان اینطور برداشت کرد که در آزمون های کولر این واقعیت که آلومینیوم سازگاری بیشتری با پدهای حرارتی دارد، کاملا درست و تائید شده است. یادتان باشد که فلز آلومینیوم تا کنون بیشترین کاربرد و سازگاری را با پدهای مورد نظر به ثبت رسانده است.

در اینجا یک پرسش به وجود خواهد آمد که در چه توان حرارتی نیازمند استفاده از پدهای سیلیکونی هستیم؟ آستانه توان آنها در چه قطعاتی تعریف شده و به عبارت دیگر این پدها تا چه حد قابل اطمینان هستند؟ همانطور که می دانید واحد اندازه گیری حرارتی یک قطعه بر اساس “توان حرارتی” (Thermal Design Power) یا به اختصار TDP است. منظور از TDP نه میزان دمای ایجاد شده، بلکه به خنک کننده ای که می بایست برای آن در نظر گرفته شود اشاره دارد. یک فرمول واحد در پردازنده و IC های پردازشی وجود دارد که از طریق آن می توان به توان حرارتی یک قطعه دست یافت. توان حرارتی یا Thermal power در فرمولی بدین ترتیب بدست می آید:

P برابر است با توان مصرفی پردازنده یا IC که با حرف C نشان داده می شود؛کار در بسامد که با حرف F (نمایانگر فرکانس) نمایش داده می شود و ولتاژ که با حرف V نمایش داده می شود. عدد دو نشان دهنده رسیدن به توان 2 در CV است. P=CV 2 F

امروزه توان حرارتی بسیار نزدیک به توان مصرفی است. این توان از سوی تولید کنندگان قطعات اعلام شده و تهیه یک سیستم خنک کننده مناسب را بسیار آسان می کند. هر چند که در بازار می توانید انواع و اقسام خنک کننده های قطعات مطرح مانند پردازنده و کارت گرافیک را پیدا نمائید، اما در برخی دیگر از مواقع مجبور به طراحی خنک کننده به دست خود خواهید بود. به سر فصل این قسمت باز می گردیم؛ توان حرارتی پدهای سیلیکون بسیار بالا است اما این عبور حرارت و سرعت تهویه آن است که تا حدودی معادلات را پیچیده می کند. علاوه بر آن مباحث ابعاد یک هیت سینک آلومینیومی نیز مطرح می گردد. پدهایی 1 تا 3 میلی متر را می توانید در TDP هایی تا 65 وات نیز استفاده نمائید. این در حالی است که توجه به هیت سینک و تهویه آن نیز شرط عقل است! به عنوان مثال در نخستین کاربرد این پدها به استفاده ی آنها در کولر کارت گرافیک EVGA GTX1000 می پردازیم. با توجه به مشکل یاد شده در کارت گرافیک های EVGA، بسیاری از خوانندگان عزیز در ارتباط با وب سایت، درخواست آموزش اضافه نمودن پد حرارتی در این کارت گرافیک ها را ارائه کرده اند. در صورتی که شما نیز از دارندگان مدل های دچار ایراد هستید، این قسمت از مطلب را مطالعه نمائید.

نکته: کاربران گرامی که فاقد دانش و معلومات فنی لازم هستند، از باز کردن کارت گرافیک خودداری کرده و محصول را به خدمات پس از فروش واگذار نمایند. کوچکترین اشتباه می تواند به قطعات الکترونیکی و مدار PCB آسیب جدی وارد نماید.

ظاهرا قضیه از این قرار است که کارت گرافیک های EVGA در قسمت تنظیم کننده ولتاژ VRMS یا ماژول رگولاتور ولتاژ دچار نقص فنی در اثر حرارت بالا می شوند. با وجود آنکه کولر قدرتمند و کم صدای ACX 3.0 به خوبی از پس تهویه تراشه گرافیکی (GPU) بر آمده است، اما ظاهرا یک نقطه ضعف بسیار کوچک موجب پیدایش چنین مشکلی شده است. اما خوشبختانه تنها به وسیله نصب یک پد حرارتی بین قطعات مورد نظر و هیت سینک می توانید آن را از بین برده و با خیال آسوده از کارت گرافیک خود لذت ببرید.

نکته: کمپانی EVGA علاوه بر ارائه پدهای حرارتی رایگان در برخی از کشورها، اقدام به عرضه ی یک نسخه جدید از بایوس کارت گرافیک های مورد نظر کرده است که به وسیله آن می توان این مشکل را تا حد زیادی برطرف نمود. برای اطلاعات بیشتر می توانید به این لینک مراجعه نمائید.

کاربرد های دیگر

برخی از کاربران خوش ذوق و خلاق، گاها اقدام به تولید محصولات دیجیتالی کرده و ایده های خود را بر روی آنها پیاده سازی می کنند. به عنوان مثال می توان به مینی کامپیوترهای Raspberry Pi اشاره کرد. این محصولات از قطعات SOC با معماری ARM استفاده می کنند که در برخی از سیستم عامل و کاربردها امکان ایجاد حرارت بیش از حد برای آنها وجود دارد. از آنجایی که این حرارت را می توان به آسانی دور کرده و سطح تراشه به فلز آغشته نشده است، مقدار کمی پد سیلیکون برای این هدف کافی است. سپس می توانید از یک هیت سینک آلومینیومی کوچک برای پوشاندن آن استفاده نمائید. در صورت نیاز می توانید از مقدار بسیار کمی چسب قطره ای نیز در گوشه های پد و آلومینیوم استفاده نمائید. شایان ذکر است که برخی از پدهای سیلیکونی موجود در بازار، آغشته به نوعی ماده ی چسبنده هستند که اتصال را بسیار آسان می کند.

کاربرد دیگر این پدها در تراشه های مجتمع تلویزیون ها است. تراشه های مجتمع مورد نظر را می توان در قالب SOC و IC AMP جستجو کرد. در بسیاری از تلویزیون های موجود، این مدارات به پدهای سیلیکون مجهز هستند اما برای افزایش طول عمر آنها می توانید از پدهای حرارتی نیز استفاده نمائید. سپس از طریق همان شیوه گفته شده در پاراگراف قبل، یک هیست سینک کوچک را بدان متصل نمائید. در نهایت آخرین کاربرد پدهای سیلیکون را می توان در تمامی مدارهای مجتمع و مدار تغذیه مانند VRM تعریف کرد. در صورتی که محصول را به طور دست ساز تولید کرده و از دمای بیش از حد قطعات نگران بودید نیز دست به کار شده و یک خنک کننده ی ساده به همراه پد سیلیکونی را برای آن نصب نمائید.

شایان ذکر است که پد های سیلیکونی و هیت سینک های آلومینیومی در فروشگاه های قطعات الکترونیکی به صورت خرده فروشی و آنلاین، در دسترس هستند. در صورت بروز هر گونه پرسش در این زمینه می توانید در قسمت نظرات مطرح بفرمائید تا بدان پاسخ دهیم. این مشاوره شامل راهنمایی در تولید سامانه های خنک کننده نیز می گردد.

برای اطلاع از جدیدترین اخبار دنیای دیجیتال، قیمت انواع قطعات سخت افزاری و تجهیزات الکترونیکی، آگاهی از اخبار مرتبط با تکنولوژی از جمله نوسان قیمت ارز، تصاویر، ویدئوها و مطالب آموزشی اختصاصی به کانال تلگرام وب سایت سخت افزار بپیوندید: telegram.me/sakhtafzarmag