Guía de conceptos, tipos y aplicación de pastas térmicas

por Javier Rodríguez 01/07/2018 9

¿Para qué sirve el compuesto térmico o la pasta térmica?

Sirve para mejorar la conductividad del calor entre dos materiales que están físicamente aislados uno del otro. Se usa precisamente para cubrir las imperfecciones entre ambos materiales a bien de que haya el menor aire posible entre ambos materiales ya que este es un medio de transmisión de calor bastante ineficiente.

Las imperfecciones de los materiales a comunicar, normalmente metales por su gran capacidad conductora del calor (entre otras), son rellenadas con otro material, que puede estar compuesto de diversos materiales de los que dependerá su capacidad conductora. Cuanto mejor sea este material, cuanta mayor sea su facilidad para desplazar el aire y tapar esas micro fisuras, mejor será la conductividad entre los dos materiales adyacentes.

El cepillado de este bloque ha dejado fisuras que se ven claramente en forma de lineas paralelas. La pasta térmica deberá cubrir esas imperfecciones para mejorar la conductividad térmica entre los materiales.

Otros factores importantes para una buena conductividad del calor es tener la presión adecuada entre los materiales unidos, mantener las temperaturas adecuadas para que el material conductor este en su rango de uso razonable y la propia naturaleza de los materiales que unirá el compuesto térmico entre sí.

Algunos disipadores ya tienen aplicada la capa de compuesto térmico que el fabricante cree adecuado para su perfecta aplicación.

Su objetivo no es mejorar la capacidad de conductividad térmica de nuestro disipador de aluminio o cobre sino reducir los puntos de baja conductividad entre ellos. El material conductor deberá tener la densidad adecuada para expandirse desplazando al aire con la presión y el aumento de temperatura, pero no desbordarse fuera de las zonas de contacto. Es un equilibrio complicado pero que está más que solventado con las pastas térmicas modernas, al menos con algunas de ellas.

La pasta térmica se ira expandiendo, desplazando al aire, hasta cubrir toda la superficie, para ello las temperaturas y al presión deben ser las adecuadas, las que marca el fabricante dentro de las propiedades mécanicas del socket y del refrigerador.

Pastas térmicas y pad térmicos

Los usuarios de PC convivimos con dos tipos de conductores de calor. Por un lado, los pad térmicos, que son esas laminas más o menos gruesas que vemos en contacto con la RAM de nuestra tarjeta gráfica, con los nuevos sistemas de disipación de calor de discos M.2 de las placas base o entre los disipadores de los MosFETs de nuestra placa base. Este tipo de pad térmicos son más gruesos y están compuestos de diferentes materiales, normalmente de diferentes tipos de siliconas.

Tenemos normalmente la impresión de que este tipo de compuestos, gruesos a la vista, son malos conductores de calor, pero, como en todo, hay niveles de calidad en ellos. Los hay de escasa calidad, calidad media y algunos de ellos son excelentes y normalmente muy caros (hasta 14W/mK, mejores que muchas pastas térmicas). Están destinados, normalmente, a elementos con cambios brucos de temperatura pero que realmente no tienen grandes consumos. Absorben el calor de la parte emisora y son buenos repartiéndolo por el material disipador de forma homogénea.

Los compuestos térmicos, o pasta térmica, que usamos con nuestro procesador o nuestra GPU es otro tipo de material conductor y los hay también de muchas clases y calidades. Su formulación puede ser una ventaja térmica pero también algunos son, por su propia naturaleza, agresivos con algunos de los materiales con los que tiene contacto. Algunos, con la temperatura o presión adecuada, se convierten en una soldadura que une de forma persistente ambos materiales a comunicar y a veces son resultados adversos.

Normalmente estos compuestos se presentan en forma de jeringa para una aplicación sencilla y para poder disponerlo para múltiples usos. 

La medida de la conductividad del calor

La conductividad del calor en un material se puede medir de múltiples formas y hay diferentes unidades de medidas, pero el “Sistema Internacional” mide la conductividad del calor en vatios por metro-kelvin (w/mK). Básicamente nos mide la diferencia de vatios de energía en un material homogéneo con respecto a la distancia en la que hay una diferencia de un grado kelvin. Es decir, cuanta energía es capaz de transferir dentro de sí mismo. A mayor valor, mayor capacidad de absorción de energía y más rápido elimina el calor de un punto, hacia otro.

La conductividad térmica del aluminio ronda los 200W/mK y la del cobre roza los 400W/mK (depende mucho de la calidad de la aleación usada, cuanto más puro más capacidad de transmisión). Son dos de los materiales, más o menos económicos y accesibles, que mejor transfieren el calor y también los más utilizados habitualmente entre los productos comerciales que manejamos en el mundillo del PC o de la electrónica en general. Se combina muchas veces con otros materiales que tienen una gran capacidad de absorción de calor, que necesitan mucha energía para un cambio de fase, como el agua.

Una pasta térmica de calidad normalmente tiene una capacidad conductora de entre 8-11W/mK, como veis muy lejos de la capacidad conductora de los dos metales comunes que hemos mencionado antes. La pasta térmica no es capaz de refrigerar tu procesador, pero es capaz de mejorar esos puntos, esas irregularidades.

Mejora porque la capacidad de transmisión de calor del aire que respiras, a nivel del mar, ronda los 0.02W/mK. Como veis la diferencia se mide en factor de miles y es ahí de donde una buena pasta térmica saca esos pocos grados de mejora que vemos cuando saturamos nuestro procesador. Las pastas térmicas, también los pad térmicos, se malogran con el tiempo y el uso y tienen que ser aplicados de la forma correcta.

Aplicación correcta

La conductividad del calor del aluminio, o del cobre, en las calidades que solemos ver en los disipadores comerciales es infinitamente superior a la de cualquier pasta térmica comercial, con diferencias de varios cientos de unidades, así que una buena aplicación de la misma es realmente importante.

La pasta térmica tiene que ser la adecuada pero también tenemos que aplicar la cantidad justa para que forme una película. Aplicando en un solo punto central del IHS, o en multiples puntos, dependiendo del tamaño del procesador, debería expandirse, a consecuencia de la temperatura y presión, por todas las fisuras entre ambos materiales. También podemos acelerar el proceso extendiendo la pasta, pero siempre en cantidades adecuadas, poca no cubrirá todas las micro fisuras y mucha impedirá el correcto contacto entre metales.

Pulir ambas superficies también puede ser una ayuda notable a la hora mejorar el contacto entre metales y echo con la maquinaria rectificadora adecuada puede incluso eliminar la necesidad completa de la pasta o el pad térmico. Ninguno de nosotros tenemos ese tipo de maquinaria en casa así que tendremos que depender de nuestra buena mano con la lija y el pulimento y, sobre todo, de nuestra capacidad para limpiar perfectamente ambas superficies antes de la aplicación de la pasta térmica. El uso de alcoholes, como el alcohol isopropílico, facilita la limpieza y la rápida evaporación a temperatura ambiente consigue que queden mínimos residuos en las superficies.

Metales líquidos

Los metales líquidos, al menos los que se comercializan para aplicación en nuestro PC, tienen una ventaja importante sobre las pastas térmicas, pero también tienen grandes inconvenientes de aplicación. La conductividad de calor puede ser hasta 10 veces superior, algunos llegan a los 80W/mK, pero su aplicación tiene inconvenientes.

Las últimas generaciones de compuestos líquidos buscan una densidad mayor para que su aplicación sea más sencilla.

Son, como su nombre indica, menos densos que las pastas térmicas tradicionales, aunque los productos comerciales más modernos son algo más densos para facilitar su aplicación. Requieren de una limpieza delicada de las superficies, nada de usar el alcohol del botiquín, o acetonas, y pueden reaccionar con ciertos materiales de tal forma que formen incluso una capa aislante del calor.

Las soluciones comerciales actuales van bien con los IHS actuales, que son de cobre con un recubrimiento en níquel, así que no deberíamos tener mucho problema. Las temperaturas elevadas lo volverán más líquido, así como la presión alta, así que no debemos aplicarlo cerca de los bordes del procesador, para que no alcance los pines ya que su conductividad térmica es tan buena como su conductividad eléctrica.

También es mucho más cara y normalmente no es aconsejable para aquellos que no tengan realmente claro que es lo que buscan con su aplicación.

Conclusión

La pasta térmica es una ayuda para mejorar la conductividad de diferentes elementos de nuestro ordenador con respecto a sus disipadores y es siempre una buena ayuda. Comprar la adecuada para nuestras necesidades es importante y seguir las recomendaciones de montaje del fabricante es fundamental. Y no solo de la propia pasta, sino también del disipador que vayamos a instalar a continuación.

Si somos limpios, usamos pastas con calidades de entre 8-11W/mK y renovamos la pasta cada cierto tiempo, mantendremos a nuestro procesador, o gráfica, dentro de los parámetros de funcionamiento que queremos, podremos alcanzar más overclocking, podremos reducir la velocidad de los ventiladores y tener un sistema más estable. Es una pieza secundaria, pero importante en el funcionamiento global de nuestro ordenador.

Secciones: Refrigeración