Pasta térmica

La pasta térmica (también llamada compuesto térmico , grasa térmica , material de interfaz térmica ( TIM ), gel térmico , pasta de calor , compuesto para disipadores de calor , pasta para disipadores de calor o grasa para CPU ) es un compuesto químico conductor del calor (pero generalmente no conductor de la electricidad ) 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 de aire (que actúan como aislamiento térmico ) de la zona de interfaz para maximizar la transferencia y disipación de calor. La pasta térmica es un ejemplo de material de interfaz térmica .

A diferencia del adhesivo térmico , la pasta térmica no aporta resistencia mecánica a la unión entre la fuente de calor y el disipador. Debe acoplarse con un elemento de fijación, como tornillos, para sujetar el disipador y aplicar presión, extendiendo y adelgazando la pasta térmica.

La pasta térmica se compone de una matriz líquida polimerizable combinada con un aislante eléctrico como relleno. El relleno, que representa entre el 70 y el 80 % de la masa total, también conduce el calor. Puede aumentar la conductividad térmica 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 ]} La matriz líquida puede ser acrilato , epoxi , adhesivo termofusible , cintas adhesivas sensibles a la presión , silicona ( grasa de silicona ), sistemas a base de disolventes o uretano . El relleno puede estar hecho de nitruro de aluminio , óxido de aluminio , nitruro de boro , diamante u óxido de zinc . ^{[ 1 ]}

Los compuestos térmicos de plata pueden tener una conductividad de 3 a 8 W/(m·K) o superior, 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 conductora y capacitiva; si fluye hacia los circuitos, puede provocar fallos de funcionamiento y daños.

Las pastas más eficaces (y caras) se componen casi en su totalidad de metal líquido , generalmente una variante de la aleación galinstan , y presentan conductividades térmicas superiores a 13 W/(m·K). Son difíciles de aplicar uniformemente y conllevan un alto riesgo de fallos de funcionamiento por derrames. Además, estas pastas contienen galio , que es altamente corrosivo para el aluminio , por lo que no pueden utilizarse en disipadores de calor de aluminio.

La pasta térmica se utiliza para mejorar la transferencia de calor entre diferentes componentes. Una aplicación común es disipar el calor residual generado por la resistencia eléctrica en dispositivos semiconductores, como transistores de potencia , CPU , GPU y LED COB . Refrigerar estos dispositivos es fundamental, ya que el exceso de calor degrada rápidamente su rendimiento y puede provocar un sobrecalentamiento que derive en una falla catastrófica del dispositivo debido al coeficiente de temperatura negativo propio de los semiconductores.

Los ordenadores de sobremesa 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 la refrigeración . A veces también se utiliza pasta térmica entre el chip de la CPU y su disipador de calor integrado , aunque en ocasiones se utiliza soldadura .

Cuando el disipador de calor de una CPU se adhiere al chip mediante pasta térmica, los entusiastas del rendimiento, como los overclockers, pueden, en un proceso conocido como "delidding" ^{[ 3 ]} , separar el disipador de calor, o "tapa" de la CPU, del chip. Esto les permite reemplazar la pasta térmica, que suele ser de baja calidad, por una con mayor conductividad térmica. Generalmente, en estos casos se utilizan pastas térmicas de metal líquido.

La consistencia de la pasta térmica la hace susceptible a mecanismos de falla distintos a los de otros materiales de interfaz térmica. Uno común es la extrusión, que consiste en la pérdida de pasta térmica entre el chip y el disipador de calor debido a sus diferentes tasas de expansión y contracción térmica. Tras un gran número de ciclos de calentamiento y enfriamiento (no necesariamente ciclos de potencia ), la pasta térmica se extruye entre el chip y el disipador de calor, lo que finalmente provoca una degradación del rendimiento térmico al disminuir la cantidad de pasta en su lugar. ^{[ 4 ]}

Otro problema con algunos compuestos es la separación de los componentes de la matriz polimérica y de relleno que ocurre a altas temperaturas. La pérdida de material polimérico puede resultar en una humectabilidad deficiente , lo que conlleva una mayor resistencia térmica. ^{[ 4 ]}

Se han desarrollado pastas térmicas que experimentan una transición de fase a temperaturas de funcionamiento. En lugar del significado habitual de material de cambio de fase (un material que absorbe mucho calor al fundirse), las pastas térmicas de "cambio de fase" simplemente se refieren a pastas que se ablandan a la temperatura de funcionamiento prevista. (Las pastas térmicas PCM anteriores sí se fundían, pero esto resultaba perjudicial para la fiabilidad). ^{[ 5 ]}

Este ablandamiento permite que la pasta vuelva a fluir y revierte parcialmente el bombeo. El resultado es una mayor vida útil en términos de resistencia a los ciclos de calor y frío. Originalmente se utilizan en almohadillas térmicamente conductoras para mejorar el ajuste microscópico y, por lo tanto, la conducción. Los compuestos térmicos de cambio de fase requieren cierto tiempo bajo calor para asentarse después de su aplicación. A medida que se asientan, la conducción del calor (y por lo tanto la refrigeración) mejora. ^{[ 5 ]}

El óxido de zinc , en forma de polvo, es altamente tóxico para los organismos acuáticos y puede causar efectos negativos a largo plazo en los ambientes acuáticos. ^{[ 6 ]} Se considera no tóxico para el consumo humano ^{[ 7 ]} y para uso cutáneo, ^{[ 8 ]} pero peligroso por inhalación. Sin embargo, es muy improbable que el óxido de zinc en pasta térmica se libere nuevamente en forma de polvo. ^{[ 6 ]}

• Refrigeración de ordenadores
• Adhesivo termofusible
• Material de cambio de fase
• Almohadilla térmicamente conductora
• Lista de conductividades térmicas

• Contenido multimedia relacionado con la grasa térmica en Wikimedia Commons.