Hlavní stránka Hardware Procesory, paměti Je pájený rozvaděč tepla na CPU lepší než pasta?
Je pájený rozvaděč tepla na CPU lepší než pasta?
autor: Z. Obermaier , publikováno 5.6.2017
Je pájený rozvaděč tepla na CPU lepší než pasta?

Když se objevily fotky rozlousknutého procesoru Skylake-X, začalo se debatovat o tom, že nemá pájený heatspreader, což v mnohých očích tento procesor deklasuje. Pojďme si říci, jak se to má s pájením CPU k heatspreaderu a proč je pasta někdy lepším (a často i jediným) řešením. S pastou totiž v zásadě není problém. 


Problémy po pájení

Je pájený rozvaděč tepla na CPU lepší než pasta?

Extrémní prohnutí čipu, ihned po pájení
(zdroj: výzkum Optmalizace materiálů a charakter spolehlivosti indiové
pájky jako teplovodivého materiálu pro pouzdření procesorů
)

Je pájený rozvaděč tepla na CPU lepší než pasta?

Stav po vychladnutí pájky
(zdroj: výzkum Optmalizace materiálů a charakter spolehlivosti...)

První problém, který vyžaduje zkoušení a testování před finální verzí, je prohnutí PCB a křemíkového čipu. Pokud nejsou vrstvy všech pájek správně navržené, včetně správné výšky IHS, může se stát, že po zatvrdnutí India se vše prohne jako na obrázku. Tohle musí každý výrobce vyladit sám, dle tuhosti PCB konkrétního čipu. I tak je ale každý CPU mírně prohnutý (okem nepostřehnutelně), jelikož tomuto jevu nelze stoprocentně zamezit. Je také dokázáno, že čase se Indiová pájka ztenčuje, a tedy každý CPU na světě, který je pájeny, se časem víc a víc prohýbá. Za tento jev mohou provozní změny teplot čipu (thermal cycling). Největší negativní dopady mají výrazné teplotní skoky a dlouhodobě udržované vysoké teploty.

Je pájený rozvaděč tepla na CPU lepší než pasta?

(zdroj: výzkum Optmalizace materiálů a charakter spolehlivosti...)

Mnohem závažnějším problémem je stárnutí pájky a její konzistence. Bílá místa ukazují poruchu spojení pájky s čipem. Zcela vlevo je stav pájky ihned po výrobě CPU, uprostřed je procesor, který trpěl mírnými výkyvy teplot, což se dá říci, je běžné používání. Vpravo je stav pájky u extrémně namáhaného čipu, třeba takového používaného pro LN2. Takový čip můžete mít doma v počítači, kde jede normálně, občas ho potrápíte pod LN2 a zase vrátíte zpět do PC, což u nadšenců není neobvyklý scénář. Zde ale vidíme, že každý pájený procesor časem degraduje, pájka se změnami teplot extrémně namáhá a přenos tepla se zhoršuje. I při běžném domácím používání může po letech pájka vypadat jako na obrázku vpravo.

Je pájený rozvaděč tepla na CPU lepší než pasta?

(zdroj: výzkum Optmalizace materiálů a charakter spolehlivosti...)

Další snímek ukazuje micro prasklinu mezi jádrem a pájkou. Takové vady způsobují extrémně špatný přenos tepla z čipu do pájky a dál do IHS. Teplo se pak kumuluje uvnitř čipu. Odborně řečeno, se tepelná vodivost snižuje a roste tepelný odpor. Tepelný odpor je také různý, dle velikosti čipu. Malá jádra jsou k prasklinám a horšímu přenosu náchylnější, velká jádra méně. To je důvod, proč malá 22nm a14nm jádra Intel přestal pájet a velká až dosud pájel.

Skupina vědců dospěla měřením k zjištění, že čím je jádro menší, tím je náchylnější na praskliny a tím víc se zvyšuje tepelný odpor (Rjc).

Je pájený rozvaděč tepla na CPU lepší než pasta?

(zdroj: výzkum Optmalizace materiálů a charakter spolehlivosti...)

Celý výzkum si můžete prostudovat ve zmiňovaném dokumentu. To nejdůležitější ukazuje obrázek nahoře. Za malá jádra jsou považovány čipy o rozměrech 10 × 13 mm, střední 18× 15 mm a velká nad 23 × 23 mm. Jádro Core i7-7700K má rozměry 9 × 13 mm, spadá tedy do jader malých. Středně velká jádra nalevo mají stejný tepelný odpor, neboli žádné praskliny ani po středním počtu termálních cyklů, ani po vysokém počtu. Vlastnosti pájky zůstávají nezměněné. U malých čipů, se ale s používáním vlastnosti a přenos tepla zhoršují. U velkého počtu termických cyklů je už tepelná vodivost pájky opravdu špatná. Je tedy jasné, že u malých čipů se pájka použít nedá a nemá smysl.



 
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
150 čtenářů navrhlo autorovi prémii: 19.8Kč Prémie tohoto článku jsou již uzavřené, děkujeme za váš zájem.
Tento web používá k poskytování služeb soubory cookie.