Pasta térmica
La 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 no eléctricamente conductor ) , que se usa 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 los espacios o huecos de aire (que actúan como aislamiento térmico ) del área de interfaz para maximizar la transferencia y disipación de calor. La pasta térmica es un ejemplo de un 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 estar acoplada con un sujetador, como tornillos, para mantener 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 están disponibles sistemas basados en solventes, adhesivos termofusibles y cintas adhesivas sensibles a la presión. El óxido de aluminio , el nitruro de boro , el óxido de zinc y, cada vez más, el nitruro de aluminio se utilizan como rellenos para estos tipos de adhesivos. La carga de relleno puede ser tan alta como 70–80% en masa y aumenta la conductividad térmica de la matriz base de 0,17–0,3 W/(m·K) (vatios por metro-kelvin) [1] hasta aproximadamente 4 W/(m·K), según un artículo de 2008. [2]
Los compuestos térmicos de plata pueden tener una conductividad de 3 a 8 W/(m·K) o más, y consisten en 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 un mal funcionamiento y daños.
Las pastas más eficaces (y más caras) están compuestas casi en su totalidad por metal líquido , normalmente una variante de la aleación galinstan , y tienen conductividades térmicas superiores a 13 W/(m·K). Son difíciles de aplicar de manera uniforme y presentan el mayor riesgo de provocar un mal funcionamiento debido a derrames. Estas pastas contienen galio , que es muy corrosivo para el aluminio y no se puede utilizar en disipadores de calor de aluminio.
Usos
La pasta térmica se utiliza para mejorar el acoplamiento térmico entre diferentes componentes. Una aplicación común es eliminar el calor residual generado por la resistencia eléctrica en dispositivos semiconductores, incluidos transistores de potencia , CPU , GPU y COB de LED . Refrigerar estos dispositivos es esencial porque el exceso de calor degrada rápidamente su rendimiento y puede provocar una falla catastrófica del dispositivo debido a la propiedad de coeficiente de temperatura negativo de los semiconductores.
Las PC y portátiles de fábrica (aunque rara vez las tabletas o los 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 difusor de calor integrado , aunque a veces se utiliza soldadura en su lugar.
Cuando un disipador de calor de la CPU se acopla al chip mediante pasta térmica, los entusiastas del rendimiento, como los overclockers, pueden, en un proceso conocido como "delidding", [3] extraer el disipador de calor, o la "tapa" de la CPU, del chip. Esto les permite reemplazar la pasta térmica, que suele ser de baja calidad, por una pasta térmica que tenga una mayor conductividad térmica. Generalmente, en estos casos se utilizan pastas térmicas de metal líquido.
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. Después de una gran cantidad de ciclos de energía , la pasta térmica se bombea hacia afuera desde el espacio entre la matriz y el disipador de calor y, finalmente, causa una degradación del rendimiento térmico. [4]
Otro problema con algunos compuestos es la separación de los componentes de la matriz de polímero y de relleno que se produce a altas temperaturas. La pérdida de material polimérico puede dar lugar a una mala humectabilidad , lo que conduce a una mayor resistencia térmica. [4]
Peligros para la salud
El óxido de zinc emite vapores tóxicos que no deben inhalarse y es necesario utilizar un respirador para partículas para cualquier uso. El producto químico también es altamente tóxico para los organismos acuáticos y puede causar efectos negativos a largo plazo en los entornos acuáticos. [5]
Véase también
- Refrigeración de la computadora
- Adhesivo termofusible
- Material de cambio de fase
- Almohadilla conductora térmica
- Lista de conductividades térmicas
Referencias
- ^ Werner Haller; et al. (2007), "Adhesivos", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (7.ª ed.), Wiley, págs. 58-59.
- ^ Narumanchi, Sreekant; Mihalic, Mark; Kelly, Kenneth; Eesley, Gary (2008). "Materiales de interfaz térmica para aplicaciones de electrónica de potencia" (PDF) . 11.ª Conferencia intersocietaria sobre fenómenos térmicos y termomecánicos en sistemas electrónicos, 2008: ITHERM 2008: 28-31 de mayo de 2008. IEEE. Tabla 2. doi :10.1109/ITHERM.2008.4544297..
- ^ "¿Qué es el desbridamiento? - ekwb.com". ekwb.com . 2016-08-25 . Consultado el 2018-10-18 .
- ^ ab Viswanath, Ram; Wakharkar, Vijay; Watwe, Abhay; Lebonheur, Vassou (2000). «Desafíos de rendimiento térmico desde el silicio hasta los sistemas» (PDF) . Intel Technology Journal . Archivado desde el original (PDF) el 8 de agosto de 2017 . Consultado el 8 de marzo de 2020 .
- ^ "ICSC 0208 - ÓXIDO DE ZINC". www.ilo.org . OIT.
Enlaces externos
