ผลทดสอบ 2 ปีเตือนสายโอเวอร์คล็อก! Liquid Metal กัดกร่อนอะลูมิเนียม ทำผิวทองแดงเกิดผลึก แม้ระบายความร้อนดีแต่ประสิทธิภาพระยะยาวอาจลดลง

Liquid Metal หรือสารนำความร้อนโลหะเหลว เป็นหนึ่งในตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการระบายความร้อนของซีพียูและการ์ดจอประสิทธิภาพสูง รวมถึงโน้ตบุ๊กเกมมิ่งระดับพรีเมียม เพราะสามารถถ่ายเทความร้อนได้ดีเยี่ยมเมื่อเทียบกับซิลิโคนระบายความร้อนทั่วไป แต่ผลการทดลองระยะยาวของ Roman “der8auer” Hartung ยูทูบเบอร์สายฮาร์ดแวร์และผู้เชี่ยวชาญด้านการโอเวอร์คล็อก กลับชี้ให้เห็นถึงข้อเสียที่ไม่ควรมองข้าม

จากการศึกษาปฏิกิริยาของ Liquid Metal ที่มีแกลเลียมเป็นองค์ประกอบหลักกับโลหะ 3 ชนิด ได้แก่ อะลูมิเนียม ทองแดง และนิกเกิล พบว่าแต่ละชนิดตอบสนองต่อโลหะเหลวแตกต่างกัน โดยอะลูมิเนียมอาจเสียความแข็งแรงภายในเวลาเพียง 30 นาที ขณะที่ทองแดงเกิดชั้นสารประกอบบนพื้นผิวและพบการก่อตัวของผลึกหลังผ่านไปประมาณ 2 ปี ส่วนการเคลือบนิกเกิลช่วยชะลอปฏิกิริยาได้มาก แต่ไม่ได้หยุดปฏิกิริยาอย่างสมบูรณ์

อะลูมิเนียมอาจเสียหายภายใน 30 นาที หลังสัมผัส Liquid Metal

ปัญหาสำคัญของ Liquid Metal คือแกลเลียมสามารถทำปฏิกิริยากับโลหะบางชนิดได้โดยตรง โดยเฉพาะอะลูมิเนียม ซึ่งมักใช้เป็นวัสดุในฮีตซิงก์และอุปกรณ์ระบายความร้อน

จากการสาธิตของ der8auer เมื่อแกลเลียมสัมผัสอะลูมิเนียม สารโลหะเหลวสามารถแทรกซึมเข้าไปตามขอบเกรนของโลหะในกระบวนการที่เรียกว่า Grain Boundary Diffusion ส่งผลให้โครงสร้างของอะลูมิเนียมอ่อนแอลงและเปราะมากขึ้น

การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว โดยการทดลองแสดงให้เห็นความเสียหายหลังสัมผัสกันประมาณ 30 นาที จึงเป็นเหตุผลสำคัญที่ไม่ควรนำ Liquid Metal ที่มีแกลเลียมไปใช้กับพื้นผิวอะลูมิเนียมที่ไม่รองรับวัสดุชนิดนี้

กล่าวง่าย ๆ คือ แม้ Liquid Metal จะช่วยลดอุณหภูมิได้ดีในช่วงแรก แต่หากเลือกใช้กับวัสดุที่ไม่เข้ากัน ผลเสียที่ตามมาอาจรุนแรงกว่าประโยชน์ด้านการระบายความร้อนที่ได้รับ

ทองแดงก็ไม่ได้ปลอดภัย 100% ผ่านไป 2 ปีเกิดชั้นผลึกบนพื้นผิว

ทองแดงเป็นวัสดุที่พบได้บ่อยในฐานสัมผัสซีพียู ฮีตซิงก์ และระบบระบายความร้อนประสิทธิภาพสูง เพราะมีคุณสมบัติในการนำความร้อนได้ดี แต่การทดลองระยะยาวของ der8auer พบว่าเมื่อ Liquid Metal สัมผัสทองแดง ก็เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเช่นกัน

ในช่วงแรก Liquid Metal จะทำปฏิกิริยากับทองแดงและก่อตัวเป็นชั้นสารประกอบระหว่างโลหะ โดยเมื่อเวลาผ่านไป พื้นผิวที่สัมผัสกันจะเปลี่ยนแปลงไปจากสภาพเดิม

เมื่อผ่านไปประมาณ 2 ปี ภาพจากการตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์แสดงให้เห็นการก่อตัวของผลึกบนผิวทองแดง แม้รูปลักษณ์ที่เกิดขึ้นจะดูน่าสนใจ แต่ชั้นสารประกอบดังกล่าวมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าทองแดงบริสุทธิ์ และมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าเนื้อทองแดงเดิมด้วย

ประเด็นนี้อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนระยะยาว เพราะพื้นผิวสัมผัสไม่ได้คงคุณสมบัติเดิมไว้ตลอดเวลา อย่างไรก็ตาม ไม่ควรตีความว่าระบบระบายความร้อนทุกชุดที่ใช้ Liquid Metal จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นในอัตราเดียวกัน เนื่องจากผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับวัสดุ การออกแบบ และสภาพการใช้งานด้วย

นิกเกิลทนทานกว่า แต่ไม่ได้หยุดปฏิกิริยาได้ทั้งหมด

สำหรับนิกเกิล ผลการทดลองพบว่ามีความทนทานต่อปฏิกิริยากับแกลเลียมมากกว่าโลหะอีกสองชนิดที่นำมาทดสอบ แต่ก็ยังไม่สามารถป้องกันการเปลี่ยนแปลงได้อย่างสมบูรณ์

นี่เป็นเหตุผลหนึ่งที่ผู้ผลิตฮาร์ดแวร์บางรายเลือกใช้นิกเกิลเคลือบบนพื้นผิวทองแดง เพื่อช่วยเพิ่มความทนทานต่อการสัมผัสกับ Liquid Metal

อย่างไรก็ตาม ชั้นนิกเกิลไม่ได้ทำหน้าที่เป็นเกราะที่หยุดปฏิกิริยาได้ตลอดไป เพราะผลการทดลองระยะยาวยังพบการเปลี่ยนแปลงที่พื้นผิวของทองแดงเคลือบนิกเกิล เพียงแต่เกิดขึ้นช้ากว่าการสัมผัสทองแดงโดยตรงมาก

ดังนั้น การใช้ Liquid Metal จึงต้องพิจารณาความเข้ากันได้ของวัสดุทุกส่วนที่เกี่ยวข้อง ไม่ใช่ดูแค่ตัวเลขการนำความร้อนของสารระบายความร้อนเพียงอย่างเดียว

ทำไม Liquid Metal ยังได้รับความนิยมในซีพียูและการ์ดจอระดับสูง?

แม้จะมีข้อเสียในระยะยาว แต่ Liquid Metal ก็ยังได้รับความนิยม เพราะสามารถลดความต้านทานในการถ่ายเทความร้อนบริเวณหน้าสัมผัสระหว่างชิปกับฮีตซิงก์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ปัจจุบัน GPU ระดับสูงต้องรับมือกับความร้อนจากกำลังไฟที่สูงขึ้นในพื้นที่ซิลิคอนขนาดจำกัด ทำให้การนำความร้อนออกจากตัวชิปกลายเป็นความท้าทายมากขึ้น

Liquid Metal สามารถแทรกตัวเข้าสู่ช่องว่างขนาดเล็กบนพื้นผิวและทำปฏิกิริยากับโลหะบางชนิด ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเหตุผลที่ทำให้ถ่ายเทความร้อนได้ดี แต่คุณสมบัติเดียวกันนี้ก็ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเมื่อใช้งานเป็นเวลานาน

นอกจากนี้ Liquid Metal ยังนำไฟฟ้า จึงมีความเสี่ยงหากหกหรือไหลไปสัมผัสหน้าสัมผัสและวงจรอิเล็กทรอนิกส์โดยรอบ การติดตั้งจึงต้องอาศัยความระมัดระวังมากกว่าซิลิโคนระบายความร้อนทั่วไป

PTM7950 ทางเลือกที่เน้นความสะดวกและความเสถียรระยะยาว

สำหรับผู้ที่ไม่ต้องการกังวลเรื่องปฏิกิริยาระหว่างโลหะ Liquid Metal ไม่ใช่ทางเลือกเดียว เพราะยังมีวัสดุถ่ายเทความร้อนประเภท Phase-Change Material (PCM) อย่าง PTM7950 ซึ่งเป็นแผ่นถ่ายเทความร้อนที่เปลี่ยนคุณสมบัติตามอุณหภูมิการใช้งาน

PTM7950 ถูกนำมาใช้กับอุปกรณ์ที่ต้องการประสิทธิภาพการระบายความร้อนสูง โดยมีข้อดีด้านความสะดวกในการติดตั้งและลดความเสี่ยงจากการใช้โลหะเหลวที่นำไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม ไม่ควรสรุปว่า PTM7950 จะทำอุณหภูมิได้ดีกว่า Liquid Metal ในทุกสถานการณ์ เพราะผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับพื้นผิวสัมผัส กำลังไฟของชิป และรูปแบบการระบายความร้อนของแต่ละอุปกรณ์ จุดเด่นที่ควรพิจารณาคือความสะดวกในการติดตั้งและการหลีกเลี่ยงปัญหาจากปฏิกิริยาของแกลเลียมกับโลหะ

สรุป: การทดลองของ der8auer แสดงให้เห็นว่า Liquid Metal มีทั้งข้อดีด้านการถ่ายเทความร้อนและข้อจำกัดด้านความเข้ากันได้ของวัสดุ โดยเฉพาะอะลูมิเนียมที่เสี่ยงเสียความแข็งแรงอย่างรวดเร็ว และทองแดงที่เกิดชั้นสารประกอบเมื่อเวลาผ่านไป สำหรับผู้ที่ต้องการประสิทธิภาพสูงสุดและยอมตรวจสอบหรือเปลี่ยนวัสดุเป็นระยะ Liquid Metal อาจยังเหมาะสม แต่สำหรับผู้ใช้ทั่วไปที่ต้องการติดตั้งครั้งเดียวและใช้งานระยะยาวโดยไม่ต้องกังวลมากนัก PTM7950 ก็เป็นอีกทางเลือกที่น่าพิจารณา

ที่มา: Wccftech