Как кулера гнут материнские платы?

На первый взгляд может показаться, что кулер просто своим весом выворачивает текстолит, который за несколько лет просто провисает под консольной нагрузкой длинного и тяжёлого радиатора.

Преступление раскрыто?

Однако, если ввести в гугл или яндекс поиск запрос «прогнулась материнская плата», то можно увидеть совершенно неожиданные результаты, которые совершенно не отражают ранее написанную теорию.

Практика говорит о том, что теория не верна

Лёгкий алюминиевый блин выгнул материнскую плату… При этом у многих из вас есть реальный личный опыт использования кулеров которые и тяжелее, и у которых центр масс находится на большем расстоянии от материнской платы, чем у боксового кулера. И подобных остаточных деформаций у вас, скорее всего, не было.

А это значит, что материнская плата изгибается не весом радиатора кулера *звуки удивления на лице*.

Объяснить эти гравитационные аномалии, искажающие хрупкую ткань материи, нам поможет теоретическая механика и сопромат.

Проводим научно-инженерные изыскания

И для начала стоит внимательно осмотреть материнские платы, поскольку они могут нам помочь понять как, по мнению создателей плат, должна прилагаться нагрузка чтобы материнские платы не гнулись (несмотря на все теории заговоров по заложенному устареванию — производители плат точно не хотят чтобы в интернете видели их искорёженную продукцию).

И при осмотре вы можете заметить одну небольшую разницу между платами под intel и AMD процессоры.

В материнских платах для Intel процессоров есть несъёмный бэкплейт. А на платах для AMD бэкплейт съёмный и при установке кулеров с собственным бэкплейтом штатный не используется, тогда как в intel ставятся два бэкплейта.

Бэкплейт от платы с сокетом AM4

Учитывая, что законы физики для продукции intel и AMD работают одинаково, очевидно, должны быть какие-то причины на то, чтобы конструкция креплений была различной.

А различная она из-за того, что процессоры intel и AMD имеют различные форм-факторы.

Найди 479465454 отличий

Процессоры AMD имеют внешние продолговатые контакты (ножки), в то время как процессоры intel обходятся плоскими контактами. Можно долго спорить о том какой способ надёжнее, проще и дешевле, и о том сколько золота можно будет получить с процессоров intel и AMD через 30 лет скупая их килограммами как лом, но сейчас нам важно не это.

Важно то, что в случае AMD после установки процессора в сокет мы поворачиваем коромысло которое сбоку придвигает контактные группы к ножкам процессора (при этом трение иногда недостаточно большое и процессор можно выдрать из сокета кулером, если термопаста хорошо схватилась с крышкой процессора, не волнуйтесь, ножки на процессоре держатся крепче, чем в сокете, так что они не оторвутся, по крайней мере с первого раза, но перед тем как вы попытаетесь запихать процессор обратно — откройте коромысло сокета, иначе ножки вы всё же погнёте).

В случае с Intel, бокового прижима к ножкам нет, как и самих ножек, и при установке нам надо надавить на процессор так чтобы он прижался ко всем подпружиненным контактам сокета.

ГОСТ 30019.1-93 Застежка текстильная. Общие технические условия

Для осуществления надёжного контакта процессор надо не просто положить в сокет, а надавить на него, причём довольно сильно. Несмотря на то, что контакты тонкие и по отдельности гнутся без значительных усилий, для того чтобы поджать все 1100 с лишним «усиков» нужно немало усилий.

Запомните мои слова: если что-то не получается сломать — сожгите это. Если это не горит — полейте бензином и сожгите | © Этот компьютер

Специально для того чтобы прижим был достаточно сильным intel внедрили в конструкцию материнских плат сокетный зажим, именуемый сокетной рамкой.

Два выступа на сокетном прижиме давят на крышку процессора, которая равномерно распределяет усилие прижима на текстолит процессора для равномерного прижима его в сокет.

Если вы потеряли нить повествования, то я напомню, что мы сейчас говорим про изгиб материнской платы. И на этом этапе мы столкнулись с появлением первых механических воздействий на материнскую плату. И теперь представим как именно распределяется нагрузка, чтобы понять зачем нужен сокетный бэкплейт.

Черным показана материнская плата, зелёным и серым процессор, рыжим — сокетный прижим

Нагрузка от прижима действует в сторону процессора прижимая его к материнской плате. Но если вы учились в школе, то можете заметить, что на схеме что-то не так.

А не так тут — второй закон Ньютона, который гласит о том, что ускорение тела пропорционально равнодействующей всех сил, приложенных на тело.

Чтобы сокет вместе с процессором не улетели в космическое пространство необходимо обозначить силы реакции опоры. И самым главным тут является понять к чему они приложены. А приложены они к плате с обратной стороны, но не напротив места приложения сил, а в месте крепления сокетного прижима.

Если допустить, что жёсткость сокетного прижима намного выше жёсткости материнской платы (он металлический, а плата из текстолита) и пренебречь деформациями (сжатием) процессора, то представленную схему можно заменить на следующую:

Думаю, объяснять откуда тут могут взяться деформации материнской платы не надо.

И теперь предлагаю обратится к высоким технологиям и произвести расчёт нашей задачи на компьютере при случае отсутствия сокетного бэкплейта.

Приложена нагрузка в 200 Ньютонов (~20 Кг сил). Перемещения на анимации выше показаны в масштабе 200 единиц. Максимальное перемещение 0,217 мм. Это кажется не очень много, но если посмотреть на создаваемые напряжения, то можно в окрестности отверстий увидеть значения до 63 МПа, что для текстолита означает неминуемое разрушение.

Вид снизу

Чтобы материнская плата не развалилась в момент установки процессора в сокет, intel усиливает материнскую плату бэкплейтом.

Перемещения с бэкплейтом

Аналогичная нагрузка с бэкплейтом. Перемещения составили 0,009 мм.

Наибольшие напряжения приходятся на металлический бекплейт и достигают 58 МПа, что для металлов допустимо (например закалённая сталь марки 30ХГСА с отпуском в 200 градусов получит неупругие деформации, то есть останется «кривой» после снятия нагрузки при напряжении в 1450-1700 МПа в зависимости от методов охлаждения при отпуске, а прокатная Ст3 (самый дешман) держит до 350-450 МПа в зависимости от количества добавленного в неё пластилина). В наихудшей точке на материнской плате по расчёту выходит около 22 МПа. Если бы я не был таким ленивым и самостоятельно выставил опирания в модели, а не полагался на то что SolidWorks сам накрутит, то результат был бы ещё меньше (и намного). Но даже эти цифры уже допустимы для текстолита.

Весь этот рассказ нужен был чтобы вы понимали, что когда мы ставим процессор в сокет в intel мы давим на процессор, но при этом опираемся за материнскую плату на отверстия находящиеся сбоку от процессора, а не под самим процессором. Появляется некое плечо на котором действуют силы и изгибают плату.

Аналогично можете представить как на приспособление этого гидравлического пресса ставят материнскую плату и сверху на неё давят толкателем. Сокетный бэкплейт армирует материнскую плату, не позволяя нагрузкам разрушить текстолит.

Думаю, очевидно, что и бэкплейт кулеров выполняет точно такую же функцию.

То есть позволяет снять нагрузку с материснкой платы.

Для intel всё ещё интереснее. Дело в том, что бэкплейт кулера устанавливается на не материнскую плату, а на бэкплейт сокета, и если его жёсткости хватает чтобы не коснутся материнской платы при затяжке крепления, то материнская плата вообще не участвует в передаче нагрузки.

У креплений кулера специально сняты пластиковые проставки, которые нужны для предотвращения перетяжки кулера (чёрные штуковины на пупырке, лежащие на фоне платы — это как раз проставки кулера, которые ставятся на стойки крепления в вехней части материнской платы). Сняты они чтобы наглядней показать где и как происходят опирания креплений кулера.

И вот ещё крупно показан фрагмент предыдущего фото на котором видно, что бэкплейт не касается материнской платы. У платы видно как блестит металл стойки крепления кулера.

Изобразим схему крепления графически.

На изображении выше сокетный бэкплейт показан синим цветом, крепления кулера и бэкплейт кулера — красным, стойки стягивающие крепление кулера и бэкплейт кулера — ярко зелёным, основание кулера — фиолетовое (коричневые — условное изображение тепловых трубок).

Теперь расставим силы.

Крепление прижимает кулер к процессору сверху, а опирается это всё не на материснкую плату, а на сокетный бэкплейт. Таким образом — если бы материнской платы вовсе не было бы, то на работу крепления это никак не повлияло. Материнская плата в нагрузках никак не участвует. А это значит, что и изогнуть материнскую плату кулер с таким креплением не сможет.

А теперь вернёмся к изображению с боксовым кулером

Очевидно, что кроме показанного ранее случая есть и такие, в которых изгиб появляется.

Чтобы понять причину прогиба рассмотрим конструкцию крепления боксового кулера.

У штатных intel кулеров бэкплейта нет. И на сокетный бэкплейт они не опираются. У них есть пластиковые фиксаторы с внешними зазубринами состоящие из двух лепестков, которые надо просунуть в отверстия материнской платы. Затем между лепестков фиксаторов просовывается центральный стержень раздвигая лепестки. Зазубрины на этих лепестках после раздвигания не дают фиксаторам пройти в отверстие обратно. Так кулер и держится.

На изображении выше видно как лепестки «торчат» под платой.

Схематично изобразим данное крепление.

И по традиции добавим действующие силы

Сокетный бэкплейт нисколько не помогает в данной ситуации. Весь прижим трансформируется в нагрузку на материнскую плату. Нагрузка с платы не снимается годами и напряжения внутри текстолита постепенно изгибают текстолит.

Почему Intel делает такие крепления?

Куда хуже дела обстоят с AMD.

Штатный бэкплейт прекрасен. Его жёсткость на изгиб (да и на скручивание) настолько огромна, что на долю материнской платы не приходится почти ничего.

В попытках погнуть эту пластину можно нанести себе травму

Если кулер вкручивается в штатный бэкплейт или ставится в родные фиксаторы AMD, то можете спать спокойно, плату вы кулером не погнёте. Проблема в том, что большая часть кулеров предполагает, что вы должны открутить штатные скобки, снять бэкплейт и положить его куда-то далеко и через несколько лет попытаться его найти при продаже платы, понять что вы его потеряли, скинуть цену платы при продаже из-за некомплектности, и найти этот бэкплейт через 3 года убираясь в квартире.

Но проблема в том, что производители кулеров об AMD не сильно заботятся (доля продаж intel с 2011 по 2017 оправдывает их нежелание). Жёсткость креплений как правило достаточная для Intel (так как там есть зазор для деформации бэкплейта) недостаточна для AMD. То есть даже если у кулера есть бэкплейт — он снимает с платы недостаточно сильно нагрузку. Поэтому выбирая кулер для AM* платформ надо смотреть на то насколько сильно развито оребрение у бэкплейта, если кулер предполагает использование нештатного крепления от AMD.

Бывают конструкции кулеров которые в принципе сделаны неверно и не могут быть установлены так чтобы не прогибать материнскую плату. Данная статья — это текстовая адаптация моего старого видео:

В этом видео ошибки разработки крепления показаны на примере кулера EKL Alpenföhn Silvretta (не дешёвая штука, кстати).

И если в intel крепления пластиковые и нагрузка не очень сильная, то в данном кулере монтаж производится на винты вот так:

Слабенькое затягивание гаек двумя пальчиками штатным коротким ключиком выливается в вот это:

Тонкими красными линиями выделил то что стало из-за деформаций

Неподготовленный человек просто сделает на плате микротрещину или изгибом сломает сокет. В любом случае плата будет в утиль. Как подобные вещи вообще доходят до прилавка — не ясно. Но они до прилавка доходят, так что надо быть осторожными, если у вас подобное крепление.

3.9 9 голоса
Рейтинг статьи

Видео на YouTube канале "Этот компьютер"

Подписаться
Уведомить о
guest
8 комментариев
Старые
Новые Популярные
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
Эмиль
Эмиль
1 год назад

Круто рассказал о теме! Очень интересно

Эмиль
Эмиль
1 год назад
Ответить на  Эмиль

Кстати, на третьем рисунке женщина очень профессионально держит паяльник)

Алексей
Алексей
1 год назад

В тексте опечатка, когда начинается рассказ про способ крепления амд, вместо amd стоит intel: «Для intel всё ещё интереснее. Дело в том, что бэкплейт кулера устанавливается».

Fox
Fox
10 месяцев назад

Если материнская плата долго находилась в изогнутом состоянии, то установка бэкплейта снимает с нее нагрузку, и это тоже может привести к микротрещинам.

Клим
Клим
10 месяцев назад

Интересно

Глеб
Глеб
4 месяцев назад

Все это очень хорошо и правильно изложено. Только почему-то рассматривается только горизонтальное расположение материнской платы. При ее вертикальном расположении появляется очень не маленькая нагрузка не нее за счет массы самого кулера, которая тем больше, чем больше масса кулера. Например топовый Noctua NH-D15 весит 1,3 кг. и имеет высоту более 160 мм. Я уже более 20-ти лет работаю с компьютерной техникой и наглядно видел деформации материнских плат башенными системами охлаждения.

Рома
Рома
1 месяц назад
Ответить на  Глеб

А что делать?

Дмитрий
Дмитрий
1 месяц назад
Ответить на  Рома

Ставить под него стойку как под видеокарты или привязать к верней крышке корпуса )