Verimlilik farkını ısı enerjisine dönüştürerek dışarı atan elektronik yongaların üst kaplaması ve bunları soğutmak için kullandığımız soğutucuların tabanı, ne kadar düzeltilse bile mutlaka bir düzeyde pürüzlü bir yüzeye sahip oluyorlar. Yeryüzündeki en düz yüzeye sahip maddelerden biri sayılan elmas bile tam anlamıyla düz değil. Pürüssüz bir cisim gibi görünen toplu iğne ise, görüntü olarak büyütüldüğünde bir mantar gibi görünüyor ve pek pürüzsüz değil. Aluminyumdan mamül ve ayna gibi yansıtıcı olacak kadar düz bir soğutucu tabanı ise taşlık bir araziyi andırıyor. Bir ramdeki yongalar ile aluminyum soğutucusunun halini ise tahmin etmek zor değil.
Bir soğutucu ile yonganın arasında, bu düzeyde olmasa da buna benzer şekilde boşluklar kalır. Dolayısıyla ısı alışverişi, sadece temas eden yüzeylerden gerçekleşecektir, aradaki boşlukta ise hava kalır, hava da elbette ısı iletimini sağlar, ancak çok çok yavaştır, havanın ısı iletkenliği, 0,03 W/mK’dan daha az iken, aluminyum 215 W/mK, bakır ise 369 W/mK değerindedir. Bu boşluğu, hava yerine ısı iletkenliği “havaya oranla” daha yüksek, ancak kolaylıkla şekil alıp boşlukları doldurabilecek maddelerle doldurmak gerekiyor. Bunlar için genellikle macun kıvamında bir malzeme kullanıyoruz ve ısı iletkenliğinin yüksek olduğuna vurgu olarak da “termal” sıfatını ekliyoruz. Macun içeriğinin temel maddesi, silikon, oldukça yüksek ısı iletkenliğine sahip, 149 W/mK. Onun dışında çeşitli metaller var ancak elektriksel iletkenliğin azaltılması için çoğu oksitlenmiş veya başka şekilde bileşik haline getirilmiş durumda. Macunda temel kıstas, maksimum ısı iletkenliği, minimum elektrik iletkenliği ve optimum düzeyde akışkanlık; su gibi akmaması ve parça gibi de durmaması lazım. Soğutucu ile yonga arasında sıkıştığında, boşluklara doğru akarak doldurması lazım. Burdaki önemli bir detay, macun, soğutucu ve yonga arasında bir katman değildir, sadece ikisinin buluşamadığı yerlerde ara maddedir. Hiç bir macun veya bu yazıda bahsedilecek hiç bir başka ara madde, aluminyum veya bakırdan mamul soğutucu kadar ısı iletkenliğine sahip değildir, en iyi macunlardan sayılan Arctic Cooling MX-4, 8,5 W/mK ısı iletkenliğine sahiptir, piyasadaki macunların çoğu ise 3-4 W/mK civarındadır. Soğutucunun, mümkün olduğunca, doğrudan teması sağlanmalıdır. Bunun için fazla macun veya ara madde kullanımından kaçınılmalıdır.
Doğru Kullanım:
Hatalı kullanım:
Ancak termal macun olarak adlandırdığımız malzemenin de kullanılamayacağı durumlar mevcut, daha doğrusu zaten kullanılabilir olduğu tek bir durum var. Termal macunun yapıştırma özelliği yoktur, dolayısıyla soğutucuyu, yonga üzerinde sabit tutma işini yapamaz, soğutucunun, yonganın bulunduğu PCB üzerine, vida veya yaylı mandal ya da başka bir mekanizma ile sabitlendiği durumlarda macun kullanılabilir. Yalnız burda bile bir şart daha var, soğutucunun tek bir yonga üzerine baskı uygulaması gerekir.
Burda bir ara notu belirtelim, çok sık yapılan bir hata, benim de bir defa yaptığım birşey ve başıma gelen de bu linkteki oldu, soğutucunun her taraftan eşit baskı uygulamaması, soğutucunun yonga ile birleşmemesine yol açar ve yukarıda belirtilen fazla macun kullanımı durumu kendiliğinden ortaya çıkar, hatta durum biraz daha vahim olur, çünkü bu sefer arada hava vardır sadece. Çoğu zaman günlük kullanımda farkedilmez, ancak yonga yük altına girdiğinde, soğutucunun eksik performansı nedeniyle stabilize sorunları başlar. Bundan kaçınmak için, montajda, simetriye dikkat etmek lazım. Mesela 4 adet vida ile montajlanan bir soğutucuda, sırasıyla 1-3-2-4 şeklinde vidaları sıkmak ve vidaları tek seferde sıkmayıp, her seferinde bir iki tur şeklinde sıkıp diğer vidaya geçmek gerekiyor.
Macunun kullanılamayacağı durumlardan biri, soğutucunun montajı için gerekli mekanizmaların bulunmadığı yongalar. Bunlar maalesef en kötü durumu oluşturuyor, çünkü bu sefer tek sorunumuz sadece yüksek ısı iletkenlikli malzemeyle boşluk doldurmak değil, aynı zamanda soğutucuyu da yongaya yapıştıracak bir malzeme bulmak. Bu durumda, bant adı verilen bir malzeme kullanıyoruz, maalesef bunların bazıları termal bant olarak geçse de, termal iletkenlikleri çok çok zayıf. İleri teknoloji ürünleri üreten firmalara satış yapan ve son kullanıcı tarafından satın alınamayan Laird marka termal bant, 1,2 W/mK iken, Türkiye’de bulunabilen Akasa termal bant, 0,9 W/mK. Termal bantların üretim biçimleri ve üretim malzemeleri oldukça farklı. Akasa’nın termal bantı, küçük boşlukları fiberglass bir malzemenin iki yüzüne akrilik yapıştırıcı sürülmesinden ibaretken, 3M markasının pek çok değişik bantı var, akrilik yapıştırıcı arasında bakır, aluminyum plakalardan yapılma bantı da var, seramik dolgu içine silikon bazlı poliester bantı da. Ancak bunları Türkiye’de son kullanıcı olarak uygun fiyatlara bulma ihtimali, gökyüzünden elmas bir meteor düşme ihtimalinden daha zayıf. (Elmas, doğal maddeler arasında ısı iletkenliği en yüksek malzeme). Bunlar yerine, kırtasiyelerde bulunan, mümkün olduğunca ince çift taraflı bantları kullanabilirsiniz. Zaten termal bantın kullanım alanı olan, soğutucu mekanik montaj imkanı sunmayan tek parça yonga durumu, sadece az ısınan yongalar için geçerli. Çok ısınan yongalarda mutlaka montaj (dolayısıyla sabitleme) imkanı bulunuyor.
Termal bant kullanılan bazı donanımlar:
Macunu kullanamayacağımız bir başka durum ise, montaj-sabitleme imkanı olsa da birden fazla yonganın aynı soğutucu tarafından soğutulmasının gerektiği durumlar. Hiç bir yüzeyi pürüzsüz yapaman insanoğlu, elbette her ne kadar aynı parti yonga olsalar da, birebir aynı yükseklik ve boyutta üretemiyor ya da PCB üzerine montajda aynı yüksekliği tutturamıyor. Dolayısıyla bir soğutucu, birden fazla yonga üzerine bastırıldığında, gerçekleşmesi çok zayıf olan en iyi senaryoda (en yüksek iki yonganın birebir aynı yükseklikte olması) bile sadece iki yongaya tam oturacaktır, bu durumda da sadece iki yongada macun iş görecektir.
Yularıdaki resimde, bazı yongalar, soğutucuya temas etmiyor ve dolayısıyla bunlar soğutulamıyor. Bu nedenle, artık sadece kılcal boyuttaki boşlukları dolduracak macunlar yerine, daha büyük boşluklar için pad (yastık) adlı malzemeyi kullanıyoruz. Padler, aslında macunun akışkan olmayan versiyonu gibi. Ancak akışkanlığın azaltılması, daha fazla dolgu malzemesi kullanımıyla sağlanıyor ve haliyle ısı iletkenliği de düşüyor, en yaygın kullanılan marka olarak 3M ürünlerinde 1-2 W/mK arası ısı iletkenliği var, hazır padle gelen pek çok üründe 3M kullanılıyor. Ülkemizde şu an satılan tek termal pad ise, EK Water Blocks markasını taşıyor ve 3.0-5.0 W/mK arası ısı iletkenliğine sahip. Padler, çoğunlukla silikon bazlı oluyor, bazı ürünlerde metal tozları da kullanılıyor.
Padlerin bir diğer kullanım alanı ise, çoğunlukla PSUlarda karşımıza çıkan bir durum. 3 bacaklı mosfetler, tek bir soğutucuyu pek çok bileşenle paylaşıyor ve soğutucunun kısa devre yapmasının engellenmesi için, arada bir pad kullanılıyor, yalnız burada kullanılan pad, yastık görevi olmadığından dolayı oldukça ince.
