Тестирование термопаст для CPU

Просматривая теплопроводность различных материалов, обнаружил для себя, что самым теплопроводным из природных материалов является алмаз (1001—2600 Вт/м·K). Самым теплопроводным материалом является искусственный материал — графен (4840±440 — 5300±480 Вт/м·K). Появилась идея создать на основе алмаза термопасту. Так как алмазные порошки свободно можно купить и продаются они по доступной цене, то в итоге решился и сделал. Купил самый мелкий порошок размером частиц 500 нм и менее (стоит 50 карат 300 рублей).

Алмазный порошок 500 нм

Сложно сказать какой размер лучше использовать, всё зависит от размера микрошероховатости поверхностей (процессора и радиатора). Из-за того, что нет возможности замерить шероховатость было решено использовать самый мелкозернистый алмазный порошок. В сравнительном исследовании было решено использовать термопасты CoolerMaster, КТП-8 и самодельные термопасты с добавлением алмазного порошка размером частиц 500 нм и менее.

У термопасты КПТ-8 наполнителем является оксид цинка, а связующим веществом — силикон (полиметилсилоксан). У CoolerMaster наполнителем является алюминий, возможно есть небольшое содержание серебра, связующим является скорее всего силикон. В самодельной алмазной пасте наполнителем является алмаз, а связующим компонентом силикон (полиметилсилоксан — ПМС).

КПТ-8

Метод исследования

Суть исследования заключалось в создании в течение 30 минут 100% нагрузки на процессор, а спустя 30 минут измерение температуры процессора (с помощью встроенного термодатчика) и измерении температуры радиатора в центральной части рёбер (с помощью цифрового термометра). Измерение температуры производилось под 100% нагрузкой процессора.

Датчик температуры в радиаторе

Для создания 100% нагрузки процессора использовалась программа CPU-Z (запускался Stress CPU).

CPU-Z

Для отображения температуры CPU применялась программа HWiNFO. Для определения температуры радиатора использовался цифровой термометр с термопарой, обладающий точностью измерения 0,1°C. Температура CPU измерялась с точностью до 1°C.

CPU FX-8320E (8 ядер)

Так как температура во время исследования в помещении могла меняться, было решено, что лучшим результатом будет минимальная разница температуры между процессором и радиатором. Эксперимент был разделён на 2 этапа:

1. До шлифовки основания радиатора
2. После шлифовки с полировкой основания радиатора

Первый этап исследования (без шлифовки и полировки радиатора)

Радиатор до шлифовки и полировки

Во время первого этапа были исследованы термопасты:

1. CoolerMaster
2. КПТ-8
3. КПТ-8 + алмазный порошок

Результаты представлены в таблице:

* Примечание: так как температура процессора измеряется с точность до 1°C, то невозможно установить температура процессора 52,0 или 52,9 °C, поэтому в разделе разница указана температура +0,9 ºС.

Лучший результат был у термопасты КПТ-8, но следует заметить, что был добавлен алмазный порошок КПТ-8 на самом процессор, без перемешивания с пастой и поэтому толщина слоя оказалось большой и соответственно поверхность соприкосновения меньше, так как из-за высокой вязкости «КПТ-8 + алмазный порошок», она не растеклась по всей поверхности процессора.

Второй этап исследования (после шлифовки и полировки радиатора)

Во время второго исследования была произведена шлифовка основания радиатора наждачной бумагой с зернистостью 1000 и полировка наждачной бумагой зернистостью 2500, а затем резиновыми полировочными головками до зеркальной поверхности.

Результаты второго этапа исследования представлены в таблице:

Таким образом лучший результат, по минимальной разнице температуры, показал обычный силиконовый компаунд Юнисил 9115. Возможно это связано с методом нанесения силикона. В отличие от остальных термопаст, Юнисил 9115 и «ПМС-100 + алмазный порошок» равномерно наносились на всю поверхность. Остальные пасты наносились в виде горошины в центр процессора, а затем радиатор притирался к процессору, тем самым распределяя термопасту по всей поверхности процессора.

Самая низкая средняя температура* была у термопасты «ПМС-100 + алмазный порошок»  — 48 ºС.

* Примечание: Cредняя температура за всё время измерения, т.е. с момента запуска программы HWiNFO до момента завершения исследования, через 30 минут после 100% нагрузки CPU.

Заключение

1. Лучшую теплопроводность показала термопаста из обычного силиконового копаунда (Юнисил 9115).
2. Шлифовка и полировка поверхности не улучшила теплопроводность (нет статистически достоверной разницы в температуре до шлифовки с полировкой и после).

Таким образом получается, что наличие в термопасте разнородных веществ, т.е. фактически использование композиционных термопаст, к которым относятся КПТ-8, CoolerMaster и самодельная паста с алмазным порошком, не приводит к улучшению теплопроводности, несмотря на то, что сам наполнитель обладает намного большей теплопроводностью, чем силикон (связующий компонент). Это может быть из-за уменьшения теплопроводности на границах сред силикон-наполнитель.

Недостатки исследования

1. Не было чёткой фиксации термометра на радиатора, каждый раз, при смене термопасты, термодатчик переустанавливался.
2. Точность измерения процессора 1ºС, это означает что разброс температуры может составлять до 0,9ºС. Так образом температура в одном эксперименте может быть выше на 0,9ºС, а в другом ниже на 0,9ºС, соответственно точность исследования составляет 1,8ºС. Если учитывать сотые, то 1,98ºС. Таким образом нет статистически достоверной разницы в показаниях термопаст и можно считать их результат одинаковым.
3. Термпопасты наносились различными способами, это могло повлиять на точность эксперимента.