Heatsinks - alles wat u moet weten 【complete gids】

Op de markt vinden we steeds krachtigere processors en grafische kaarten, die evenredige heatsinks in prestaties vereisen. Als het niet voor het gebruik ervan zou zijn, zouden computers als zodanig niet kunnen werken, althans desktop- of laptopcomputers omdat hun belangrijkste componenten zonder remedie zouden branden.

In dit artikel zullen we proberen de computer heatsinks, hun elementen, de basisprincipes en de typen die er zijn grondig te leren kennen. Als je overweegt een van deze te kopen, mis dit item dan niet, dus laten we beginnen!

Inhoudsindex

Wat is een heatsink

Het koellichaam is het element dat verantwoordelijk is voor het afvoeren of verwijderen van de warmte die door een elektronisch onderdeel wordt gegenereerd door gebruik. Er zijn veel soorten koellichamen, zoals lucht, vloeistofkoeling of zelfs directe convectie in componenten die zijn ondergedompeld in een niet-geleidende vloeistof. Maar degenen die we hier zullen behandelen, zijn de luchtkoelers, de meest gebruikelijke om aan te sluiten en degene die door de meeste gebruikers worden gebruikt.

Sterker nog, op een computer vinden we niet alleen een heatsink, we denken misschien dat heatsink alleen het blok is dat bovenop de CPU of op de grafische kaart staat, maar niets is verder van de realiteit. Andere componenten, zoals de moederbord-chipset of de VRM daarvan, hebben ook koellichamen nodig.

Precies dit laatste element heeft de laatste tijd een aanzienlijke bekendheid gekregen. De VRM is het voedingssysteem van de processor en als zodanig moet het een grote hoeveelheid stroom verzenden om te kunnen werken, we hebben het tussen 90 en 200 ampère (A) bij ongeveer 1, 2-15V. MOSFETS zijn transistors die de stroom regelen die naar de CPU en het geheugen wordt gestuurd, dus ze worden erg heet. We vinden om dezelfde reden ook heatsinks in de voeding, en in het algemeen in elke chip die op een hoge frequentie werkt.

Hoe het echt werkt: fysieke basis van koellichamen

Het begint allemaal met de manier waarop een elektronische component warmte genereert, het zogenaamde Joule-effect. Het is een fenomeen dat optreedt wanneer elektronen in een geleider bewegen. Dientengevolge zal een temperatuurstijging optreden als gevolg van de kinetische energie en de botsingen daartussen. Hoe meer energie-intensiteit, hoe groter de elektronenstroom in de geleider en hoe meer warmte er vrijkomt. Dit is uitbreidbaar voor siliciumchips, waarin een groot aantal elektronen condenseren in de vorm van elektrische impulsen.

We kunnen dit fenomeen perfect zien in deze thermische opname. Wanneer een pc veel stroom verbruikt, nemen zelfs geleiders de temperatuur op.

Dat gezegd hebbende, het koellichaam is niets meer dan een metalen blok bestaande uit honderden vinnen dat via een thermische pasta in direct contact staat met de chip. Op deze manier gaat de door de chip gegenereerde warmte naar het koellichaam en van daaruit naar de omgeving. Over het algemeen worden een of twee ventilatoren boven de koellichamen geplaatst om de warmte van het metaal te verwijderen. In wezen grijpen twee mechanismen van warmte-uitwisseling in:

• Geleiding: het is het fenomeen waarmee een heter, vast lichaam zijn warmte doorgeeft aan een kouder lichaam dat ermee in contact komt. Dat gebeurt precies tussen de IHS van de CPU en de heatsink. Dan zullen we zien dat er enige thermische weerstand tussen zit. Convectie: Convectie is een ander fenomeen van warmteoverdracht dat alleen voorkomt in vloeistoffen, water, lucht of stoom. In dit geval bereikt de lucht de lamellen van het koellichaam, bij voorkeur met hoge snelheid, zodat het meer warmte van de hete lamellen van het koellichaam kan opnemen.

Magnitudes om te weten of een koellichaam goed is

Gezien de werking vanuit technisch oogpunt, zullen we nog steeds de belangrijkste grootten die betrokken zijn bij een goede heatsink moeten kennen. Hoewel het waar is dat veel van hen niet worden weergegeven in de specificaties, zullen ze voor de meest nieuwsgierigen interessant zijn.

• TDP: De TDP is ongetwijfeld de belangrijkste parameter van een heatsink, omdat hij erg representatief is. We noemen TDP (Thermal Design Power) de hoeveelheid warmte die een elektronische component naar verwachting zal genereren wanneer deze op maximale belasting staat. Deze parameter verschijnt op processors en heatsinks en heeft niets te maken met het stroomverbruik van de elektronische component zelf. De processor is dus ingesteld om maximale TDP te ondersteunen, dus een heatsink moet hetzelfde of meer hebben om de CPU veilig te laten werken. TDP CPU <TDP Heatsink, altijd. Geleidbaarheid en soortelijke weerstand: geleidbaarheid is het vermogen om warmte te transporteren die een lichaam of stof heeft. En resistiviteit, want juist het tegenovergestelde, de weerstand die het biedt om warmte te geleiden. Geleidbaarheid wordt gemeten in W / mK (Watt per meter Kelvin) en hoe meer hoe beter. Thermische weerstand: thermische weerstand is het fenomeen dat de doorgang van warmte van het ene element naar het andere tegengaat. Het is net als een elektrische weerstand: hoe groter het is, hoe moeilijker het zal zijn om warmte door te laten. In een koelsysteem komen veel thermische weerstanden tussen, bijvoorbeeld het contact van de CPU en het koellichaam, het contact tussen de inkapseling en de kernen, enz. Daarom gaat het erom elementen met een hoge geleidbaarheid te plaatsen om deze weerstanden te vermijden. Contactoppervlak: Het contactoppervlak wordt niet vermeld in de specificaties, omdat het deel uitmaakt van het ontwerp van de warmteafleider. Als we een plaat zouden zien met een Noctua D15, welke zou je dan zeggen dat er meer contactoppervlak is? Nou, de gootsteen zonder twijfel. Deze parameter meet het totale gebied dat door de lucht zal worden gebaad. Hoe meer vinnen, hoe groter het uitwisselingsoppervlak, omdat ze allemaal twee vlakken hebben, de ene na de andere vermenigvuldigd met honderden. Luchtstroom en druk: deze parameters zijn gerelateerd aan de ventilatoren. Luchtstroom is de hoeveelheid lucht die een ventilator in beweging zet en wordt gemeten in CFM, terwijl statische druk de kracht is waarmee lucht de vinnen raakt en wordt gemeten in mmH2O. In een heatsink willen we de maximaal mogelijke druk met een hoge flow.

Componenten en onderdelen van koellichamen

Na het zien van de parameters die betrokken zijn bij de werking van een pc-koellichaam, is het geen idee om te weten welke elementen er deel van uitmaken. Of beter gezegd, hoe een waardevol koellichaam wordt gebouwd. Daarnaast zullen we de elementen zien die ingrijpen net na de DIE- of processorcores.

IHS

De IHS, of Integrated Heat Spreader, is de inkapseling van de CPU. Hier begint het allemaal, want het is het eerste element dat in contact komt met de processorkernen, die de warmte van de elektronische component echt opwekken. Dit pakket is gemaakt van koper en de krachtigste processors zijn direct aan de DIE gesoldeerd om de thermische weerstand tot een minimum te beperken.

Dit zorgt ervoor dat alle mogelijke warmte in de beste omstandigheden naar de andere dissipatie-elementen gaat. Er zijn chips die deze inkapseling niet hebben, zoals GPU's, de heatsink maakt rechtstreeks contact met de DIE van de kernen met behulp van koelpasta, dus de overdracht is efficiënter. Het proces van het verwijderen van de IHS en het in direct contact brengen van het koellichaam met de DIE wordt Delidding genoemd. Met vloeibare, op metaal gebaseerde koelpasta kunt u de temperatuur met wel 20 ° C of meer verhogen.

Koelpasta

Het element met de hoogste thermische weerstand in het koellichaam. Het is erg belangrijk om een ​​zeer goede thermische doorgang te hebben in krachtige chips, omdat de geleidbaarheid hoger zal zijn. De functie van de koelpasta is om de verbinding tussen IHS of DIE en het koude blok van de heatsink zoveel mogelijk te verbeteren.

Hoewel het ons lijkt dat een blok heel goed is gepolijst, is het contact microscopisch niet perfect omdat ze solide zijn, dus een element dat ze fysiek verbindt is nodig om de warmtegeleiding te laten werken.

Op de markt hebben we drie soorten koelpasta, die van keramiek, over het algemeen wit, die van metaal, bijna altijd grijs of zilver of die van vloeibaar metaal die, nou ja, vloeibaar metaal lijken. De metalen zijn de meest voorkomende, met een zeer goede prijs / prestatie-verhouding en een geleidingsvermogen tot 13 W / mK. Vloeibare metalen worden normaal gesproken gebruikt voor delidding en hebben geleidbaarheden tot 80 W / mK.

Koud blok

Het koude blok is de basis van de heatsink, die contact maakt met de processor of elektronische chip. Het is meestal groter dan de IHS zelf, om maximale warmte-ontvangst en -overdracht te garanderen.

Een goede heatsink heeft altijd een basis van koper. Dit metaal heeft een geleidbaarheid tussen 372 en 385 W / mK en wordt alleen overtroffen door zilver en andere duurdere metalen. Let op het verschil tussen deze waarde en die van een koelpasta.

Warmtepijpen

We gaan ervan uit dat we een goede heatsink evalueren en deze hebben altijd heatpipes of heatpipes. Net als het koude blok zijn ze gemaakt van koper of vernikkeld koper.

Hun functie is heel eenvoudig maar erg belangrijk, om alle warmte uit het koude blok te halen en naar de vijntorens erboven te dragen. Soms wordt het op een zeer visuele manier gedaan met de heatpipes die het blok van de torens scheiden, en andere zijn geïntegreerd in de set, zoals het geval is met de Wrait Prisms van de AMD.

Finned toren of blok

Na de twee voorgaande elementen hebben we de heatsink zelf. Het is een rechthoekig of vierkant torenvormig element voorzien van een ongelooflijk aantal vinnen die met elkaar zijn verbonden door heatpipes of andere vinnen. Ze zijn altijd gemaakt van aluminium, een metaal lichter dan koper en met een geleidbaarheid van 237 W / mK. De warmte zet zich in alle uit, om het door convectie over te dragen aan de lucht die in contact staat met het oppervlak.

Fan

We geloven dat het ook deel uitmaakt van het koellichaam voor het belangrijke werk om een ​​snelle luchtstroom te creëren, zodat convectie, in plaats van natuurlijk te zijn, wordt geforceerd en meer warmte uit het metaal verwijdert.

De huidige heatsinks bevatten meestal bijna alle één of twee ventilatoren, hoewel ze niet noodzakelijkerwijs een standaardformaat hebben, zoals het geval is bij degenen die afzonderlijk worden verkocht voor het chassis.

Soorten koellichamen

We hebben ook verschillende soorten heatsinks op de markt. Elk van hen is gericht op een andere functionaliteit, als we ze ook op verschillende manieren kunnen classificeren.

Passieve heatsinks

Een passieve warmteafleider is er een die geen elektrisch element heeft om hem te helpen warmte af te voeren, bijvoorbeeld een ventilator. Deze heatsinks worden meestal niet gebruikt voor processors, maar wel voor chipsets of VRM. Het zijn eenvoudig gevinde aluminium of koperen blokken die warmte afvoeren door natuurlijke convectie.

Actieve heatsinks

In tegenstelling tot de andere hebben deze heatsinks een element dat verantwoordelijk is voor het maximaliseren van de warmte-uitwisseling met de omgeving. De ventilatoren die erop zijn gemonteerd, hebben PWM- of analoge stroomregeling voor verschillende omwentelingen per minuut, afhankelijk van de temperatuur van de processor. Precies om deze reden zijn het actieve heatsinks.

Toren heatsink

Als we naar het ontwerp kijken, hebben we ook verschillende typen, waaronder de heatsink van de toren. Deze configuratie is gebaseerd op een koud blok voorzien van een grote toren met vinnen, die niet noodzakelijkerwijs rechtstreeks daaraan is bevestigd, maar door heatpipes. We kunnen heatsinks vinden van één, twee en zelfs vier torens met een extravagant ontwerp. De afmetingen zijn meestal ongeveer 120 mm breed en tot 170 mm hoog, ontworpen meer dan 1500 gram.

Kenmerkend is dat de ventilatoren verticaal staan tov het vlak van het moederbord. Dit neemt niet weg dat er horizontaal modellen bij zitten.

Low profile heatsinks

In tegenstelling tot de vorige die een aanzienlijke hoogte hebben, wedden deze met zeer lage configuraties voor smalle chassis of beperkte ruimtes. Er kan worden aangenomen dat ze een toren hebben, hoewel deze horizontaal is. Ze hebben zelfs fans ingeklemd tussen deze toren en het koude blok.

In tegenstelling tot de vorige, worden de ventilatoren altijd horizontaal en parallel aan het vlak van de basisplaat geplaatst, waardoor de lucht verticaal of axiaal wordt uitgestoten.

Blower heatsinks

Blowerkoelers worden gebruikt voor grafische kaarten en andere componenten in de vorm van uitbreidingskaarten. Momenteel vinden we ook vergelijkbare configuraties voor krachtige chipsets zoals de AMD X570. We vinden ze ook in HTPC of NAS, die vanwege hun kleine ruimte het meest effectief zijn.

Ze worden gekenmerkt door een centrifugale ventilator die lucht absorbeert en deze op het lamellenblok parallel aan de vinnen afvoert. Ze zijn over het algemeen slechter drankje dan eerdere heatsinks.

Voorraad heatsinks

Het is geen ontwerp als zodanig, maar het zijn de heatsinks die de fabrikant van de processor in zijn aankooppakket opneemt. Er zijn enkele van zeer goede kwaliteit zoals die van AMD en andere erg slecht zoals die van Intel.

Vloeistofkoeling

Deze systemen bestaan ​​uit een gesloten circuit van gedestilleerd water of een andere vloeistof die kan worden gebruikt. Deze vloeistof blijft continu in beweging dankzij een pomp of een tank die is voorzien van een pomp, zodat deze door de verschillende blokken gaat die op de te koelen hardware zijn geïnstalleerd. De hete vloeistof gaat op zijn beurt door wat in wezen een radiatorvormig, min of meer groot koellichaam is dat is voorzien van ventilatoren. Op deze manier koelt de vloeistof weer af en herhaalt de cyclus voor onbepaalde tijd terwijl onze apparatuur draait.

Laptop heatsink

In een speciale categorie kunnen we de heatsink van laptops plaatsen, systemen die het bekijken waard zijn omdat sommige echt werken.

Deze heatsinks zijn heel bijzonder, omdat ze het geleiding fenomeen optimaal benutten. Dankzij koude blokken geïnstalleerd op GPU's en CPU's waaruit lange dikke kale koperen heatpipes naar buiten komen, die warmte naar de dissipatiezone brengen. Deze zone bestaat uit één, twee of maximaal vier centrifugaalventilatoren die warmte uitblazen tussen kleine lamellenblokken.

Waarop moet u letten bij de montage

Het monteren van een pc-koellichaam is niet al te ingewikkeld en er zijn niet veel factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het monteren van een pc, met als enig doel de compatibiliteit en metingen.

We verwijzen naar de compatibiliteit met het platform dat we op onze pc hebben. Elke fabrikant heeft zijn eigen sockets waar de processors kunnen worden geïnstalleerd, dus de grepen en afmetingen zijn niet hetzelfde. Intel heeft er momenteel bijvoorbeeld twee: de LGA 2066 voor de X- en XE Workstation-reeksen en de LGA 1151 voor de desktop Intel Core ix. Aan de andere kant heeft AMD er ook twee, de AM4 voor Ryzen en de TR4 voor Threadripper, hoewel deze bijna altijd samengaan met vloeistofkoeling. In ieder geval worden beschikbare niet-standaard heatsinks altijd geleverd met montagesystemen die compatibel zijn met alle stopcontacten.

Wat betreft de maatregelen zijn er twee waarmee we rekening moeten houden. Enerzijds de hoogte van de heatsink, die we moeten vergelijken met de toelaatbare hoogte met ons chassis, volgens de specificaties. Aan de andere kant zijn de breedte en ruimte beschikbaar voor RAM-geheugen. Grote heatsinks nemen zoveel in beslag dat ze bovenop RAM komen, dus we moeten weten welk profiel ze ondersteunen.

Een derde belangrijk element is om te weten of de heatsink wordt geleverd met een injectiespuit of al voorgeïnstalleerd in het blok. De meesten brengen het wel, maar het is niet nodig om er zeker van te zijn dat we het apart moeten kopen.

Voor- en nadelen van heatsinks

Zoals we deden in het artikel over vloeistofkoeling, zullen we hier ook de voor- en nadelen zien van het gebruik van heatsinks.

Voordelen

• Hoge pc-compatibiliteit Maten voor bijna elke smaak Goedkoop en effectief, zelfs voor krachtige processors Weinig kabels en eenvoudige installatie Betrouwbaarder dan vloeistofkoeling, geen vloeistof of pompen die kunnen falen Eenvoudig onderhoud, gewoon stof opruimen

Nadelen

• Voor processors met meer dan 8 cores kunnen ze goed terecht Ze nemen veel ruimte in beslag en zijn zwaar Beperkingen voor de hoogte van het chassis en de hoogte van de RAM Esthetisch niet erg verfijnd

Conclusie en gids voor de beste heatsinks voor pc

We eindigen dit artikel waarin we de kwestie van heatsinks diepgaand bespreken. Bovenal hebben we ons gericht op de werking en de grondbeginselen van constructie en componenten, omdat het een van de minder algemeen behandelde onderwerpen is.

Een goede heatsink kan perfect voorzien in de behoefte aan vloeistofkoeling, omdat er zulke meedogenloze configuraties op de markt zijn als de Noctua NH-D15s, Gamer Storm Assassin of de enorme Scythe Ninja 5 en Cooler Master Wraith Ripper. Nu laten we je achter met onze gids.

Gids voor de beste heatsinks, ventilatoren en vloeistofkoeling voor pc

Welk koellichaam heeft u op uw pc? Liever luchtkoelers of vloeistofkoeling?