Pasta termica

Pasta térmica (también llamada compuesto térmico, grasa térmica, material de interfaz térmica (TIM ), gel térmico, pasta térmica, compuesto disipador de calor, pasta disipadora de calor o Grasa para CPU) es un compuesto químico térmicamente conductor (pero generalmente aislante de la electricidad), que se utiliza comúnmente como interfaz entre disipadores de calor y fuentes de calor, como dispositivos semiconductores de alta potencia. La función principal de la pasta térmica es eliminar las brechas o espacios de aire (que actúan como aislamiento térmico) del área de interfaz para maximizar la transferencia y disipación del calor. La pasta térmica es un ejemplo de material de interfaz térmica.

A diferencia del adhesivo térmico, la pasta térmica no añade resistencia mecánica a la unión entre la fuente de calor y el disipador de calor. Debe acoplarse con un sujetador como tornillos para sujetar el disipador de calor en su lugar y aplicar presión, extendiendo y diluyendo la pasta térmica.

Composición

La pasta térmica consiste en una matriz líquida polimerizable y fracciones de gran volumen de relleno eléctricamente aislante pero térmicamente conductor. Los materiales de matriz típicos son epoxis, siliconas (grasa de silicona), uretanos y acrilatos; También se encuentran disponibles sistemas a base de solventes, adhesivos termofusibles y cintas adhesivas sensibles a la presión. Como cargas para estos tipos de adhesivos se utilizan óxido de aluminio, nitruro de boro, óxido de zinc y, cada vez más, nitruro de aluminio. La carga de relleno puede llegar al 70-80 % en masa y aumenta la conductividad térmica de la matriz base de 0,17 a 0,3 W/(m·K) (vatios por metro-kelvin) hasta aproximadamente 4 W/(m ·K), según un artículo de 2008.

Los compuestos térmicos de plata pueden tener una conductividad de 3 a 8 W/(m·K) o más y constan de partículas de plata micronizadas suspendidas en un medio de silicona/cerámica. Sin embargo, la pasta térmica a base de metal puede ser eléctricamente conductora y capacitiva; si algo fluye hacia los circuitos, puede provocar fallos de funcionamiento y daños.

Las pastas más eficaces (y más caras) consisten casi exclusivamente en metal líquido, normalmente una variación de la aleación galinstan, y tienen conductividades térmicas superiores a 13 W/(m·K). Son difíciles de aplicar de manera uniforme y tienen el mayor riesgo de causar un mal funcionamiento debido a derrames. Estas pastas contienen galio, que es altamente corrosivo para el aluminio y no puede usarse en disipadores de calor de aluminio.

Usos

La pasta térmica se utiliza para mejorar el acoplamiento térmico entre diferentes componentes. Una aplicación común es drenar el calor residual generado por la resistencia eléctrica en dispositivos semiconductores, incluidos transistores de potencia, CPU, GPU y LED COB. Enfriar estos dispositivos es esencial porque el exceso de calor degrada rápidamente su rendimiento y puede causar una falla galopante o catastrófica del dispositivo debido a la propiedad del coeficiente de temperatura negativo de los semiconductores.

Las PC y portátiles de fábrica (aunque rara vez tabletas o teléfonos inteligentes) suelen incorporar pasta térmica entre la parte superior de la carcasa de la CPU y un disipador de calor para enfriar. A veces también se utiliza pasta térmica entre la matriz de la CPU y su disipador de calor integrado, aunque a veces se utiliza soldadura en su lugar.

Cuando un disipador de calor de la CPU se acopla al troquel mediante pasta térmica, los entusiastas del rendimiento, como los overclockers, pueden, en un proceso conocido como "delidding", hacer palanca en el disipador de calor o CPU.;tapa", del troquel. Esto les permite sustituir la pasta térmica, que suele ser de baja calidad, por una pasta térmica de mayor conductividad térmica. Generalmente, en estos casos se utilizan pastas térmicas de metales líquidos.

Desafíos

La consistencia de la pasta térmica la hace susceptible a mecanismos de falla distintos de otros materiales de interfaz térmica. Uno común es el bombeo, que es la pérdida de pasta térmica entre la matriz y el disipador de calor debido a sus diferentes tasas de expansión y contracción térmica. Durante una gran cantidad de ciclos de energía, la pasta térmica se bombea entre la matriz y el disipador de calor y, finalmente, provoca la degradación del rendimiento térmico.

Otro problema con algunos compuestos es que la separación del polímero y los componentes de la matriz de relleno se produce a altas temperaturas. La pérdida de material polimérico puede dar como resultado una mala humectabilidad, lo que lleva a una mayor resistencia térmica.