Despre pasta termoconductoare

In timpul functionarii oricarei componente electronice este generata caldura, iar aceasta trebuie preluata si disipata rapid daca se urmareste functionarea optima din punctul de vedere al performantelor, precum si prelungirea duratei de viata a respectivei componente. O pasta termoconductoare are rolul de a eficientiza transferul termic dintre suprafata care genereaza caldura (IHS-ul unui CPU/GPU sau elementele din VRM-ul placii de baza sau al placii video) si suprafata care preia caldura astfel generata (baza unui radiator, fie ca este vorba despre un cooler pe aer, fie ca este un waterblock in cazul racirilor bazate pe apa), reducand astfel temperatura CPU/GPU si permitandu-i sa functioneze optim.

Deoarece cele doua suprafete metalice de la interfata termica (IHS-ul si radiatorul) nu sunt niciodata perfect plane si au imperfectiuni la nivel microscopic, contactul dintre ele nu este optim, ceea ce afecteaza transferul termic. Rolul pastei termoconductoare este de a inlocui spatiile ocupate de aer (care este izolator termic) si de a umple microfisurile dintre cele doua suprafete metalice cu amestecul de compusi din compozitia ei. Valorile pentru conductibilitatea termica a unor substante relevante sunt ilustrate in tabelul de mai jos.

Principalele tipuri de paste termoconductoare sunt: (1) cele bazate pe pulberi metalice, (2) pastele ceramice, (3) cele bazate pe pulberi de diamant si (4) pastele de tipul metal lichid. Scopul producatorilor de paste termoconductoare este de a obtine amestecul de compusi care, pe de o parte, are cea mai mica rezistenta termica si, pe de alta parte, poate forma un strat uniform la interfata termica, in conditiile mentinerii unui cost rezonabil.

In cazul pastelor termoconductoare din primele trei categorii, principalul constituent responsabil de transferul termic este reprezentat de microparticulele care intra in compozitia pastelor. Acestea trebuie sa indeplineasca anumite conditii:

• Sa fie dintr-un material cu conductibilitate termica ridicata. Din acest motiv, materialele folosite in mod curent includ pulberi de argint sau aluminiu (1), oxizi metalici (Al₂O₃, ZnO) (2) sau pulberi sintetice de diamant (3).
• Sa aiba dimensiuni suficient de reduse pentru ca pasta sa se poata dispersa in toate microfisurile de la interfata termica. Dimensiunea particulelor este, in general, in intervalul 1-5 μm, iar forma acestora este variata. Aceasta dimensiune este limitata de considerente tehnice si de pretul care creste odata cu scaderea dimensiunii particulelor. Materialele folosite (pulberi fine de diamant, corindon – o forma a Al₂O₃, sau nitrura de bor, BN) au o duritate ridicata. Desi microparticulele mai mari au o rezistenta termica mai mica, ele vor lasa spatii mai mari intre ele, ceea ce reduce eficienta pastei. Consistenta pastei este strans legata de dimensiunea particulelor, astfel ca se prefera utilizarea unor particule de granulatii diferite pentru a optimiza ocuparea spatiului si transferul termic.
• Sa fie intr-o concentratie ridicata.

Pentru ocuparea spatiilor care raman libere intre microparticulele mentionate anterior se utilizeaza un filler (material de umplutura). Acesta trebuie sa aiba o conductibilitate termica suficient de mare pentru a nu compromite caracteristicile pastei, dimensiuni ale particulelor sub 1 μm si un cost redus. De cele mai multe ori, compusul utilizat in acest scop este oxidul de zinc (ZnO). In cazul unor paste termoconductoare ieftine, acesta este principalul constituent.

Microparticulele si filler-ul din compozitia pastei termoconductoare sunt tinute laolalta de un liant. Acesta impiedica pasta sa ajunga la cumparator sub forma de praf, oferindu-i omogenitate si durabilitate. Liantul este corelat cu intervalul de temperatura in care pasta isi pastreaza caracteristicile si permite aplicarea si curatarea usoara a compusului termoconductor.

Liantul utilizat de fiecare producator este un secret industrial. In cele mai multe cazuri, acesta este un ulei sintetic din clasa polisiloxanilor, ales datorita proprietatilor variate si controlabile ale polimerilor respectivi, lipsei de conductibilitate electrica si inertiei chimice necesare pentru rezistenta in timp.

Tipuri de paste termoconductoare:

• Pastele termoconductoare bazate pe pulberi metalice contin, in general, microparticule de metale cu conductibilitate ridicata, precum aluminiul sau argintul. Acestea ofera cea mai mare conductibilitate termica dintre pastele traditionale, dar sunt conductoare electrice, ceea ce poate provoca scurtcircuite daca pasta este aplicata in exces sau ajunge pe circuite electrice.
• Pastele termoconductoare ceramice au in compozitie oxizi metalici (Al₂O₃, ZnO). Nu conduc electricitatea, au preturi competitive, dar ofera un transfer termic inferior comparativ cu cele pe baza de pulberi metalice.
• Pastele termoconductoare bazate pe pulberi de diamant nu conduc electricitatea, sunt usor de utilizat si ofera performante superioare pastelor ceramice, uneori rivalizand cu cele metalice. Principalul dezavantaj este pretul ridicat.
• Pastele termoconductoare bazate pe aliaje metalice (metal lichid) contin metale precum galiu sau indiu, care sunt lichide la temperatura camerei. Acestea ofera cele mai bune performante termice, dar sunt conductoare electrice si pot fi corozive fata de suprafetele din aluminiu. Utilizarea lor necesita atentie sporita, fiind dificil de aplicat si inlaturat, cu riscuri semnificative pentru componente.