IT產品導熱與散熱漫談專輯系列(五) 工業電腦的隱形殺手之一 散熱膏硬化

什麼是工業電腦?維基百科給它的定義很簡單:工業電腦主要是指用在專供工業界使用的個人電腦，可作為工業控制器使用。由於工業電腦的操作環境都非比尋常，有的環境要求無灰無塵，有的卻是暴露在油汙灰沙裏；有的要耐得住攝氏七、八十度的高溫，又有的要在極度酷寒的冰天雪地裏。這樣我們可以體會工業電腦的品質一定要比個人電腦好上許多，才能熬得住各種嚴苛的操作環境，但這並不表示企業用戶會對系統穩定度要求降低標準，相反的他們要求連續24小時，一年356天不停機的運作不得當機。對工業電腦系統來講，「熱度」是系統穩定度的相對殺手，如何讓工業電腦系統得以在極惡環境下一年365天穩定運作，是工業電腦廠商研發人員的首要考量。

造成散熱不良的因素

工業電腦系統要達到寬溫需求，業界的第一考量是機構設計，密閉防塵，以阻絕外部環境的塵埃干擾。工業電腦設計成密閉、無風扇(以免積塵或風扇故障)，卻同時要能有效散熱，以免系統過熱當機，在外部要靠機箱外的散熱鰭片散熱，內部的機構要靠設計進行熱導引散熱，第二考量則是元件選擇，板卡的元件如處理器、CPU散熱模組、儲存設備、電源模組，甚至是石英震盪器，電容電阻都須嚴選品質，壽命測試通過一定考驗才會採用。在密閉無散熱排氣孔、處理器及電源供應器無風扇的設計下，工業電腦的系統運作熱度就只能靠散熱片降溫。這時候工業電腦的隱形殺手之一就出現了，那就是散熱膏。

散熱膏硬化造成損害

工業電腦的主機板上，有三個主要發熱元件，分別是中央處理器CPU及南、北橋晶片組。為了讓這些主要發熱元件散熱降溫，在CPU及晶片組的表層會安裝散熱片。發熱元件與散熱片之間，會添加散熱膏當做熱傳導介質，其理由在於填補發熱元件與散熱片之間的孔隙。我們用電子顯微鏡去觀察發熱元件與散熱片的表面，就會發現看似平滑的金屬表面其實是凹凸不平的，這些孔隙如果不去填滿就會存留空氣，空氣或是孔隙就是一種「熱阻」，它會阻礙發熱元件與散熱片之間的熱傳導，影響散熱的效率，當然也會造成溫度過高、散熱不良，最後導致系統不穩定或當機。

通常，工業電腦、桌上型電腦、筆記型電腦或是平板電腦的廠商，不太會注意到散熱膏的問題。因為散熱膏已行之有年，系統廠商在採購散熱片時，供應商也是把散熱膏當成耗材提供給系統廠商去組裝。結果很多時候系統過熱當機不是因為設計不良，或是元件品質問題，反而是這個看不見的隱形殺手~散熱膏在作祟。原因是什麼？傳統的散熱膏為了要保持軟度以填補孔隙，或是為了要能在寬溫的要求下不會固化，都會在其中添加矽油。但是矽油是一種會揮發的材料，隨著系統啟動溫度上升，就會加速揮發，等到揮發到一定程度，散熱膏就開始固化甚至於粉末化，一旦如此，散熱膏就失去導熱介質的功能，轉而成為系統溫度的殺手。

解決散熱膏硬化新方法

一般來說，散熱膏的品質、系統使用者的操作條件與時間，是影響固化發生早與晚的條件。品質好的散熱膏有時可以撐到1~2年不硬化，品質不好或是重量級使用系統，可能不到1年就會開始硬化。個人電腦用個1~2年故障，系統廠商也不太在意，反正已經過了保固期，就算要修也是使用者付費，偏偏消費者也以為是該壞了，也不去計較這個原本不應該發生的故障。但是工業電腦可不能這樣應付，系統當機對使用的廠商來說，會是天大的損失，工廠的運作，公共系統的維持，國防的安全、再再都不容許當機的發生。其實這個隱形殺手是有解的，只要改變散熱膏就可以化殺手成為善士。採用不含矽油、不會固化、絕緣不導電、適用於寬溫長時間操作的新式散熱膏即可。微黏性軟陶瓷散熱膏經過奈米化處理，分子的結構很細，沒有矽油一樣可以保持軟度，可以完完全全的填補孔隙，讓CPU、晶片組的熱度完全傳導到散熱片上，把熱度在空氣中散去。

接著我們用軟陶瓷散熱漆對付另一個隱型殺手，外部散熱模組的烤漆。工業電腦常碰到要架設於戶外的情況，為了避免散熱模組暴露於外部環境的酸雨、濕度侵蝕，業者通常會在散熱模組的表層加以烤漆保護，殊不知這又把好不容易從內部散出來的熱，又封了回去，造成熱度在密閉系統內不斷進行熱循環，系統當然不會穩定。這可以用軟性熱固、耐酸鹼度pH 3~13，抗靜電不易沾塵的軟陶瓷散熱漆取代傳統烤漆。散熱模組不要經過陽極處理，直接在金屬原素材上噴塗軟陶瓷散熱漆，不但可以保護散熱模組不氧化，還有散熱的效能，經過客戶應用的實證，我們還發現以白色噴塗能達到最佳降溫效果。(本文作者:冠品化學研發部 葉聖偉博士)