Система охлаждения ноутбука, греется ноутбук, перегревается ноутбук, выключается ноутбук, тепловые трубки,

Достаточно часто к нам поступают ноутбуки после перегрева и каждому клиенту приходится объяснять, что система охлаждения ноутбука (СО) это такой же важный элемент, как например винчестер, без которого устройство просто не сможет работать. Если вовремя не обслуживать (чистить, менять термоинтерфейсы) СО, то можно просто "убить" перегревом мат плату, последующий ремонт которой достаточно дорогой (около трети стоимости ноутбука). 

 В этой статье пойдёт речь о перегреве ноутбуков, причины перегрева и выхода из строя микросхем, а так-же тепловых трубках (радиаторе микросхем) которые имеют свой срок службы (в зависимости от модели ноутбука и типа СО 50,000 - 100,000 часов), это около 5-ти лет при условии своевременного ТО системы охлаждения, но как правило пользователи работают на устройстве до тех пор, пока ноутбук не включается совсем, в связи с чем СО выходит из строя раньше своего срока эксплуатации. 

Причины почему СО ноутбука быстро выходит из строя:

 1. Современные ноутбуки маленькие и тоненькие, места для полноценной СО в корпусе ноутбука попросту нету, поэтому производятся радиаторы СО минимального размера, а площадь СО для охлаждения мощных процессоров нужна большая, из-за чего производителям приходится делать их с большим количеством рёбер, в связи с этим расстояние между рёбрами минимальное и забиваются они из-за этого очень быстро. 

 Малейшая волосинка попавшая в радиатор моментально начинает собирать на себе пыль, в среднем ноутбук приходится чистить раз в год, а если вы работаете в пыльном помещении или у вас есть домашние питомцы, а может быть вы любите просто работать на кровати, диване, тогда устройство нужно чистить раз в пол года.

 2. Производители при разработке и производстве ноутбуков экономят на всём, чём только можно, в статью экономии попали и медные, а значит и относительно дорогие радиаторы охлаждалок,  в связи с этим СО нового ноутбука работает практически на пределе своих возможностей , производители совсем  не оставляют никакого запаса на загрязнение СО, и как только ваш радиатор даже незначительно забивается и температура  вырастает на 5-10С, ноутбук тут-же начинает перегреваться.

Ноутбук работал в домашних условиях 7 месяцев.

Клиент постоянно у нас обслуживается, ноутбук чистился ровно год назад)

Что происходит при перегреве ноутбука:

 1. Большинство современных ноутбуков при превышении некоторой температуры +/- 90С (зависит от модели) начинают снижать частоту процессора, ноутбук таким образом пытается снизить нагрев процессора или видеокарты избегая перегрева микросхем, из-за чего в первую очередь страдает потребитель (значительно снижается производительность ноутбука).

2. После того, как СО забилась окончательно и ноутбук самостоятельно не может снизить критическую температуру понижением частоты, срабатывает теплозащита (есть не везде) и ноутбук выключается. Большинство пользователей не обращая внимания на выключение устройства включает его снова, и снова, и снова..  (В некоторых моделях эта функция включается в настройках BIOS, где можно указать критическую температуру при которой ноутбук выключится или будет сигнализировать о критической температуре, конечно-же эту функцию лучше включить.)

 После таких операций происходит многократный перегрев процессора, микросхем южного, северного мостов и видеоадаптера. Чем это грозит? Во первых могут произойти невозвратимые изменения в самом кристалле (сильный перегрев),  так-же чаще всего (особенно на микросхемах Nvidia) лопается компаунд (клей, на который посажен сам кристалл на подложку) из-за чего на микроскопические площадки - пятачки попадает влага и они окисляются (иногда помогает в таких случаях так называемый "прогрев" но, как показала практика не на долго, в большинстве случаев на 1-20 дней интенсивного использования устройства) Это всё происходит после многократного перегрева, в этих случаях приходится ремонтировать ноутбук только заменой вышедшего из строя, перегретого чипа, что достаточно дорого, приблизительно треть, а в некоторых моделях и вовсе половина стоимости устройства.

так выглядит компаунд (клей который держит кристалл) и окисленные пятачки

3. Выходят из строя сами тепловые трубки, причина - сильный нагрев и разгерметизация, после чего в трубке не остаётся пониженного давления и вода просто выкипает. Более подробно можете почитать ниже)

трубка с пористой структурой, используется в большинстве современных СО

Принцип работы

Тепловая трубка, теплотрубка (англ. heat pipe) — элемент системы охлаждения, принцип работы которого основан на том, что в закрытых трубках из теплопроводящего металла (например, меди) находится легкокипящая жидкость. Перенос тепла происходит за счёт того, что жидкость испаряется на горячем конце трубки, поглощая теплоту испарения, и конденсируется на холодном, откуда перемещается обратно на горячий конец.

Тепловые трубки бывают двух видов: гладкостенные и с пористым покрытием изнутри. В гладкостенных трубках сконденсировавшаяся жидкость возвращается в зону испарения под действием исключительно силы тяжести — иными словами, такая трубка будет работать только в положении, когда зона конденсации находится выше зоны испарения, а жидкость имеет возможность стекать в зону испарения. Тепловые трубки с наполнителем (фитилями, керамикой и т. п.) могут работать практически в любом положении, поскольку жидкость возвращается в зону испарения по его порам под действием капиллярных сил, а сила тяжести в этом процессе играет незначительную роль.

Материалы и хладагенты для тепловых трубок выбираются в зависимости от условий применения: от жидкого гелия для сверхнизких температур до ртути и даже индия для высокотемпературных применений. Однако большинство современных трубок в качестве рабочей жидкости используют аммиак, воду, метанол и этанол.

Имеют узкий эффективный диапазон использования. При превышении расчетной температуры вся охлаждающая жидкость может перейти в пар, что приведет к катастрофическому снижению теплопроводности трубки (до 1/80). И наоборот, при недостаточной температуре жидкость плохо испаряется (поэтому на трубчатых кулерах процессор в режиме простоя горячее, чем на традиционных).

                                                     Немного теории

Что такое тепловая труба

Если говорить научным языком, тепловая труба (ТТ) – это замкнутое испарительно-конденсационное устройство, предназначенное для охлаждения, нагрева, или терморегулирования объектов. Впервые термин "тепловая труба" был предложен Гровером Г.М. и использован в описании к патенту США 3 229 759 (02.12.1963, Комиссия по атомной энергии США) и в его статье "Устройство, обладающее очень высокой теплопроводностью". Перенос тепла в ТТ осуществляется путем переноса массы теплоносителя, сопровождающегося изменением его фазового состояния (обычно испарение рабочей жидкости и ее последующая конденсация).

Если взять обычную металлическую трубку, налить в нее немного воды, практически полностью откачать из нее воздух , и герметически закрыть ее с обеих сторон, то мы получим простейшую тепловую трубу, которая называется термосифоном, и идеально работает при вертикальном расположении. Термосифон работает так: к нижнему концу (зона испарения) подводиться тепло, вода начинает испаряться без пузырькового кипения (это очень важно, потому что при кипении на стенках ТТ возникают пузырьки, которые затрудняют отвод образующегося на греющей поверхности пара через толщу фитиля, и, следовательно, ограничивают мощность теплопередачи), поглощая при этом большую энергию, пар поднимается по трубе к холодному концу (зона конденсации), конденсируется, отдавая энергию, и в виде воды стекает по стенкам трубки вниз. Так как скрытая теплота фазового перехода у многих веществ достаточно высока, обеспечивается высокая плотность теплового потока. Термосифоны могут работать, если зона испарения находится ниже зоны конденсации, поэтому область их применения ограничена.

Некоторые характеристики ТТ

В настоящее время более эффективного устройства для передачи тепловой энергии, чем ТТ, не существует. Цилиндрическая ТТ с водой при t =50^oС будет иметь теплопроводность в сотни раз больше чем у меди. ТТ на литии при t =1500^oС В осевом направлении может передать тепловой поток до 25квт/см2.

Современные ТТ имеют следующие характеристики:

По виду теплоносителей различают металлические (калий, натрий, цезий и т.д.) для очень высоких температур, и неметаллические (вода, аммиак, ацетон, фреоны и т.д.) для низких и средних температур, к области которых относится и диапазон допустимых температур процессора. Для возврата конденсата в зону испарения могут использоваться гравитационные, капиллярные, центробежные, электростатические и т.д. силы.

Важно отметить, что ТТ начинает работать при любом перепаде температур на ее концах, это значит, что она будет отводить тепло от процессора, нагревшегося до 60 градусов даже если ее другой конец будет иметь температуру 59 градусов. Невысокий коэффициент теплоотдачи (мощность, отводимая с одного квадратного метра поверхности, при условии, что ее температура на один градус выше температуры окружающей среды) пассивного радиатора (он применяется, т.к. абсолютно бесшумен) на холодном конце ТТ снизит допустимую температуру окружающей среды, но не намного.

Конструкция ТТ

Наиболее современный и распространенный тип тепловой трубы – ТТ Гровера – состоит всего из трех элементов: корпус, рабочая жидкость, КПМ (капиллярно-пористый материал).

Корпус:

Сечение – круглое или прямоугольное. Минимальный диаметр ТТ должен быть таким, чтобы внутренний диаметр зоны транспорта пара исключал действие капиллярных сил, т.е. чтобы паровой канал не превратился в капиллярный; максимальный – принципиальных ограничений не имеет. Материал – обычно используют нержавеющую сталь, алюминиевые сплавы, медь, стекло, бронзу; пластмассы (гибкие ТТ), керамику (высокотемпературные ТТ).

Рабочая жидкость:

В зависимости от интервала температур (указана температура охлаждаемого тела) могут быть использованы самые различные вещества приведенные к жидкой фазе – от сжиженных газов до металлов: гелий (-271 ... -269^oC), аммиак (-60 ... +100^oC), фреон-11 (-40 ... +120^oC), ацетон (0 ... +120^oC), вода (25 ... 200°C (как правило используется в СО ноутбуков), ртуть (250 ... 650°C), натрий (600 ... 1200°C), серебро (1800 ... 2300^oC) и т.д.

Капиллярно-пористый материал (фитиль):

КПМ обеспечивает перемещение жидкости из зоны конденсации в зону испарения и равномерно распределяет ее по всей зоне испарения. Требования к КПМ противоречивы, необходимые параметры подбирают, исходя из конкретной ситуации.