خمیر سیلیکون (گریس حرارتی) چیست؟

در دنیای شلوغ و پر سروصدای قطعات الکترونیکی، پردازنده یا CPU پادشاه بی‌چون و چراست. این تراشه کوچک، مغز متفکر هر کامپیوتر، لپ‌تاپ یا کنسول بازی است و وظیفه‌ی پردازش تمام اطلاعات و دستورات را بر عهده دارد. اما مانند هر پادشاه دیگری، CPU هم به خادمانی وفادار نیاز دارد تا خنک و کارآمد بماند و اینجاست که خمیر سیلیکون به‌عنوان یک قهرمان گمنام وارد میدان می‌شود. در ادامه به معرفی خمیر سیلیکون و ویژگی‌های آن خواهیم پرداخت.

خمیر سیلیکون چیست؟

خمیر سیلیکون که به نام خمیر حرارتی نیز شناخته می‌شود، ماده‌ای خمیری شکل و رسانای گرما است که نقشی حیاتی در خنک نگه داشتن CPU ایفا می‌کند. این ماده بین CPU و هیت‌سینک، که وظیفه‌ی دفع گرما را بر عهده دارد، قرار می‌گیرد و به پر کردن فواصل میکروسکوپی بین این دو سطح کمک می‌کند.
در حالت ایده‌آل، هیچ فضایی بین CPU و هیت‌سینک وجود ندارد، اما در دنیای واقعی، ناهمواری‌های سطحی همیشه وجود دارند. خمیر سیلیکون این ناهمواری‌ها را پر می‌کند و مسیری صاف و مستقیم برای انتقال گرما از CPU به هیت‌سینک ایجاد می‌کند.
به‌نوعی خمیر سیلیکون یا همان ماده رابط حرارتی (TIM)، ماده‌ای با هدایت حرارتی بالا است که برای اتصال یک منبع گرما به یک وسیله پخش حرارتی به کار می‌رود. به دلیل عملکرد قوی و تطبیق‌پذیری آن، خمیر سیلیکون را می‌توان در تنظیمات حرارتی مختلف، از جمله سینک‌های حرارتی (گرماگیرها) پیدا کرد. خمیر سیلیکون اثربخشی کلی هدایت حرارتی یک سیستم را بهبود می‌بخشد.

کاربرد خمیر سیلیکون چیست؟

هوا که یک عایق حرارتی عالی به شمار می‌رود، انتقال گرما از منبع گرما به دستگاه مدیریت حرارت را مختل می‌کند. خاصیت مایع بودنِ خمیر سیلیکون به آن اجازه می‌دهد تا به ریزترین حفره‌های موجود در سطح منبع گرما و سطح پخش‌کننده حرارتی نفوذ کند.
بدون استفاده از خمیر سیلیکون، منبع گرما در تماس مستقیم با پخش‌کننده حرارتی، مجموعه‌ای از حباب‌های هوا را بین دو قطعه ایجاد می‌کند. این حباب‌های هوا به طور مستقیم باعث کاهش هدایت حرارتی سیستم مدیریت حرارت می‌شوند. استفاده از خمیر سیلیکون این حباب‌های هوا را از بین می‌برد و در نتیجه اثربخشی تجهیزات جانبی مدیریت حرارت را بهبود می‌بخشد. اما هدف فقط بهبود کارایی نیست. بدون خمیر سیلیکون، کارکردنِ منبع گرما با ریسک آسیب رساندن به دای نیمه‌رسانا و مدار مجتمع داخلی همراه است.

چگونگی اعمال خمیر سیلیکون روی پردازنده مرکزی (CPU)

خمیر سیلیکون را اغلب در قطعات رایانه‌ای مشاهده می‌کنید. به طور خاص، این خمیر در واحد پردازش مرکزی (CPU) قرار می‌گیرد، زیرا این قطعات الکترونیکی مقدار زیادی انرژی حرارتی تولید می‌کنند که برای عملکرد صحیح باید دفع شوند. خمیر سیلیکون که به‌گونه‌ای طراحی شده است که از نظر الکتریکی رسانا نباشد، به طور مستقیم روی درپوش (پخش‌کننده حرارت) بسته بندی CPU اعمال می‌شود. این درپوش‌ها که اولین حالت انتقال انرژی حرارتی از هسته نیمه‌هادی می‌باشند، از نظر حرارتی رسانا هستند. بااین‌حال، درپوش از مواد نیمه‌هادی و مدار مجتمع در برابر خمیر سیلیکون و سایر عوامل خارجی محافظت می‌کند.
در مرحله بعد، یک هیت‌سینک (خنک‌کننده)، پخش‌کننده حرارت، لوله حرارتی یا محفظه بخار – یا یک پیکربندی سفارشی شامل هر چهار دستگاه – به خمیر سیلیکون متصل می‌شود. هدف خمیر سیلیکون کاهش حفره‌های هوا بین پخش‌کننده حرارت تراشه نیمه‌هادی و ماده رسانای حرارتی است که انرژی حرارتی را از منبع گرما دور می‌کند.

مزایای خمیر سیلیکون

خمیر سیلیکون که به‌عنوان خمیر حرارتی نیز شناخته می‌شود، بیشتر از یک خنک‌کننده‌ی ساده برای CPU عمل می‌کند. این ماده‌ی ظریف مزایای متعددی را برای سیستم به ارمغان می‌آورد که در ادامه به برخی از آنها اشاره می‌کنیم:

1. افزایش پایداری سیستم

• کاهش دمای عملیاتی: خمیر سیلیکون با انتقال گرما از CPU به هیت‌سینک، دمای کلی سیستم را کاهش می‌دهد. این امر به‌ویژه برای اورکلاک کردن CPU یا استفاده از سیستم در شرایط سخت، مانند بازی‌های سنگین یا ویرایش ویدئو، حائز اهمیت است.
• کاهش خاموشی ناگهانی: گرمای بیش از حد می‌تواند باعث خاموشی ناگهانی سیستم شود. خمیر سیلیکون با خنک نگه‌داشتن CPU، از این امر جلوگیری می‌کند و پایداری سیستم را افزایش می‌دهد.
• کاهش نویز فن: فن‌ها برای خنک‌کردن CPU و سایر اجزای سیستم کار می‌کنند. با کاهش دمای سیستم، نیاز به کارکرد فن‌ها نیز کاهش می‌یابد، که منجر به نویز کمتر و محیطی آرام‌تر می‌شود.

2. افزایش طول عمر قطعات

• جلوگیری از آسیب گرما: گرمای بیش از حد می‌تواند به‌مرورزمان به CPU و سایر اجزای سیستم آسیب برساند. خمیر سیلیکون با خنک نگه‌داشتن این قطعات، طول عمر آنها را افزایش می‌دهد.
• کاهش خوردگی: گرما می‌تواند باعث خوردگی اتصالات و مدارها شود. خمیر سیلیکون با خنک نگه‌داشتن سیستم، از این امر جلوگیری می‌کند و به حفظ سلامت اجزای داخلی سیستم کمک می‌کند.

3. بهبود عملکرد کلی سیستم

• افزایش سرعت CPU: CPU خنک‌تر، کارآمدتر عمل می‌کند و منجر به افزایش سرعت کلی سیستم می‌شود.
• کاهش زمان بارگذاری: برنامه‌ها و بازی‌ها سریع‌تر بارگذاری می‌شوند و بوت شدن سیستم نیز به زمان کمتری نیاز دارد.
• تجربة روان‌تر بازی: خمیر سیلیکون می‌تواند به‌ویژه برای گیمرها مفید باشد، زیرا می‌تواند از افت فریم و کندشدن بازی در هنگام انجام بازی‌های سنگین جلوگیری کند.

4. صرفه‌جویی در هزینه

• کاهش مصرف برق: سیستم‌های خنک‌تر به‌طورکلی به برق کمتری نیاز دارند.
• کاهش نیاز به تعویض قطعات: خنک نگه‌داشتن CPU و سایر اجزای سیستم، از فرسودگی زودرس آنها جلوگیری می‌کند و نیاز به تعویض قطعات در آینده را کاهش می‌دهد.

5. استفاده‌ی آسان و مقرون به صرفه

• کاربرد آسان: استفاده از خمیر سیلیکون نسبتاً ساده است و به هیچ دانش فنی خاصی نیاز ندارد.
• قیمت مناسب: خمیر سیلیکون در مقایسه با سایر روش‌های خنک‌سازی CPU، مانند سیستم‌های خنک‌کنندة مایع، بسیار ارزان‌تر است.
همچنین عایق بودن در برابر جریان الکتریسیته و هدایت حرارتی بالا، به تولیدکنندگان و سازندگان این امکان را می‌دهد تا از خمیر حرارتی در تقریباً تمامی کاربردهای الکترونیکی که نیازمند اتصال بین اجزای مدیریت حرارت هستند، استفاده کنند. بااین‌حال، دستیابی به این خواص نیازمند ترکیبات شیمیایی خاصی است. دو ترکیب اصلی تشکیل‌دهنده‌ی خمیر حرارتی (و اکثر وسایل اتصال حرارتی) عبارت‌اند از: 1. پایه پلیمری که به طور معمول به‌عنوان “ماتریس” شناخته می‌شود. 2. پرکننده فلزی مایع یا ریزشدن
نسبت این دودسته از مواد، خواص هدایت حرارتی و الکتریکی خمیر را تعیین می‌کند. بر اساس این نسبت، هر ترکیب خمیر، مزایا و معایب خاص خود را خواهد داشت.

انواع خمیر سیلیکون

خمیر سیلیکون یا خمیر حرارتی، ماده‌ای ضروری برای خنک نگه‌داشتن CPU و حفظ عملکرد روان سیستم است. با پر کردن شکاف‌های میکروسکوپی بین CPU و هیت‌سینک، خمیر سیلیکون انتقال گرما را بهینه می‌کند و از گرم‌شدن بیش از حد CPU جلوگیری می‌کند.
اما با تنوع برندها و مدل‌های موجود در بازار، انتخاب خمیر سیلیکون مناسب می‌تواند گیج‌کننده باشد. در این راهنما، به بررسی انواع مختلف خمیر سیلیکون، مزایا و معایب هر کدام و نکاتی که باید هنگام انتخاب خمیر سیلیکون برای سیستم در نظر گرفت، می‌پردازیم.

• خمیر سیلیکون نقره یا فلزی (بر پایه فلز)

در ساخت خمیر سیلیکون نقره، از آلیاژ نقره استفاده شده و به همین دلیل نقره‌ای رنگ است. البته برخی از این خمیرها از مواد جایگزین نقره ساخته می‌شوند و با قیمت‌های هم رده یک خمیر سیلیکون نقره به فروش می‌رسند. برای همین حتما در هنگام خرید خمیر سیلیکون نقره‌ای، به این نکته توجه زیادی داشته باشید. برخی معتقدند به دلیل وجود فلز در این نوع خمیر، رسانای گرمایی آن بالا بوده و بیشترین انتقال گرما توسط آن انجام خواهد شد. بااین‌حال به دلیل وجود فلز در این خمیر، رسانایی الکتریکی آن نیز افزایش‌یافته و ممکن است برای سیستم مشکلاتی به وجود آورد.

• خمیر سیلیکون سرامیکی (بر پایه سرامیک)

خمیر سیلیکون سرامیکی از متداول‌ترین خمیرها بوده و رنگ سفید شفافی دارد. همان‌طور که از نام این خمیر مشخص است، در ساخت آنها از پودر سرامیک استفاده می‌شود. اگر بخواهیم کیفیت خمیر سرامیکی را با خمیر نقره‌ای (اصل) مقایسه کنیم، باید بگوییم کیفیت این خمیر پایین‌تر از خمیره نقره است. اختلاف ۱ تا ۳ درجه سانتی‌گراد در این خمیر با خمیرهای فلزی، سبب تمایز میان آنها شده است. بااین‌حال ازآنجایی‌که خمیرهای سرامیکی رسانای الکتریکی نیستند، مشکلات خمیرهای فلزی و نقره‌ای را نخواهند داشت.

• خمیر سیلیکون (بر پایه سیلیکون)

سومین مورد هم اختصاص به خمیر سیلیکون اورجینال و خالص دارد. این خمیر سیلیکون اورجینال بوده و می‌توان گفت بهترین نوع خمیر حرارتی است. برای همین نسبت به دو خمیر قبلی اشاره شده، از قیمت بیشتر و کیفیت بالاتری برخوردار است.

آیا خمیر حرارتی نوعی چسب است؟

بسته به شیمی پلیمری ماتریس مایع، گریس حرارتی حتی می‌تواند به‌عنوان چسب نیز عمل کند به‌گونه‌ای که برخی از تولیدکنندگان برای برجسته‌کردن قابلیت‌های چسبندگی آن، گریس حرارتی را “چسب حرارتی” می‌نامند. این چسب‌های حرارتی اشکال مختلفی دارند، از جمله نوار جامد که به‌عنوان راه‌حلی سریع برای چسبندگی در کاربردهای با هدایت حرارتی پایین در نظر گرفته شده است. این چسب‌ها همچنین می‌توانند چسب‌های سنتی‌تری باشند که به‌صورت مایع به کار می‌روند و پس از خشک شدن، خاصیت چسبندگی پیدا می کنند.

طول عمر خمیر سیلیکون

خمیر سیلیکون نیز همچون هر ماده دیگری دارای تاریخ انقضا است. البته در اینجا منظور ما از تاریخ انقضا زمان استفاده از آن بر روی هیت‌سینک و پردازنده است. زمانی که این خمیر را بر روی سطح موردنظر خود قرار دهید، معمولا تا دو سال نیازی به تجدید آن نخواهد بود. البته طول عمر خمیر سیلیکون بسته به میزان حرارت منتقل شده دارد؛ اگر حرارت منتقل شده از پردازنده به هیت‌سینک زیاد باشد، طول عمر سیلیکون کمتر خواهد شد. بااین‌حال بهتر است هر دو سال سطح قطعات را مورد بررسی قرار داده و اگر نیاز به تجدید خمیر سیلیکون بود، این کار را انجام دهید.
برای این کار باید هیت‌سینک را برداشته و با تمیزکردن پردازنده، مقداری خمیر سیلیکون بر روی آن قرار دهید. در صورت عدم استفاده از خمیر سیلیکون یا عدم تجدید به‌موقع آن، قطعاتی چون پردازنده دچار افزایش دما و حرارت خواهند شد. این افزایش دما برای خود قطعه و دیگر قطعات خطرات و مشکلاتی را همراه خواهد داشت. پس اگر سلامتی دستگاه و قطعات برایتان مهم است، حتماً نسبت به استفاده از خمیر سیلیکون هوشیار باشید.

سخن پایانی

خمیر سیلیکون ممکن است به نظر یک ماده‌ی ساده و کم‌اهمیت برسد، اما نقش حیاتی در حفظ سلامت و عملکرد سیستم ایفا می‌کند و با خنک نگه‌داشتن CPU، این ماده‌ی ظریف می‌تواند به افزایش طول عمر، پایداری و عملکرد کلی سیستم کمک کند.
به یاد داشته باشید: خمیر سیلیکون یک سرمایه‌گذاری کوچک با بازدهی بالا است که می‌تواند مزایای متعددی را برای سیستم به ارمغان بیاورد. با صرف زمان اندکی برای استفاده از خمیر سیلیکون، می‌توانید از مزایای آن، از جمله خنک‌تر شدن CPU، افزایش طول عمر و عملکرد بهتر سیستم خود، بهره‌مند شوید.