¿De qué está hecha la pasta térmica y cuánto deberías aplicar?
La pasta térmica, también conocida como material de interfaz térmica (TIM, por sus siglas en inglés), es un compuesto térmicamente conductor que rellena los microhuecos de aire entre el dado de una CPU/GPU y su disipador de calor. Está compuesta principalmente por una matriz polimérica (silicona, acrílico o epoxi) rellena con partículas de cerámica, metal o carbono. La cantidad óptima de aplicación es una gota del tamaño de un guisante (aproximadamente 0.05 a 0.1 centímetros cúbicos) colocada en el centro del disipador de calor integrado (IHS, por sus siglas en inglés), lo que produce un espesor de línea de unión post-montaje de 0.05 a 0.1 milímetros.
Composición del Material y Conductividad Térmica
El material base determina las propiedades de manejo de la pasta, mientras que el relleno determina su rendimiento térmico. La matriz polimérica (típicamente 20-30% en volumen) proporciona viscosidad y evita el bombeo, mientras que el relleno conductor (70-80% en volumen) proporciona la vía de transferencia de calor.
Rellenos comunes y sus valores de conductividad térmica: - Óxido de zinc: 25 W/mK (tamaño de partícula 0.5-10 micrómetros) - Óxido de aluminio: 30 W/mK (tamaño de partícula 1-20 micrómetros) - Nitruro de boro: 60 W/mK (estructura cristalina hexagonal) - Plata: 429 W/mK (escamas o esferas, 1-5 micrómetros) - Polvo de diamante: 900-2000 W/mK (sintético, 0.5-2 micrómetros) - Nanotubos de carbono: 3000 W/mK (alineados, pero difíciles de dispersar)
Como referencia, el aire tiene una conductividad térmica de solo 0.026 W/mK. Un hueco de aire de 0.05 mm bajo un dado de CPU de 100W puede causar un aumento de temperatura de más de 20 grados Celsius, por lo que la pasta es obligatoria. La conductividad térmica efectiva del compuesto final de pasta varía desde 1.5 W/mK para pastas cerámicas económicas hasta 12.5 W/mK para aleaciones de metal líquido premium (eutéctica de galio-indio, punto de fusión 15.7 grados Celsius).
Viscosidad e Ingeniería del Tamaño de Partícula
La viscosidad se mide en centipoise (cP). Las pastas estándar a base de silicona varían de 200,000 a 350,000 cP a 25 grados Celsius. Las pastas de alta viscosidad (superiores a 400,000 cP) resisten el bombeo en entornos de alta vibración, pero requieren una mayor presión de montaje. Las pastas de baja viscosidad (inferiores a 150,000 cP) se extienden fácilmente, pero pueden sufrir "bombeo" después de ciclos térmicos.
La distribución del tamaño de partícula afecta directamente el espesor mínimo de la línea de unión. Una pasta con partículas de 10 micrómetros no puede lograr una línea de unión más delgada que 10 micrómetros sin que las partículas puenteen el espacio y rayen el dado o el disipador. Las pastas de precisión para refrigeración de dado directo utilizan partículas de 0.5 a 3 micrómetros para lograr líneas de unión de 25 a 50 micrómetros.
Nuestra fábrica BQUQ utiliza un molino de tres rodillos para la dispersión de partículas, logrando una uniformidad de más o menos 2 por ciento en volumen. Probamos cada lote utilizando un analizador de tamaño de partícula por difracción láser (Malvern Mastersizer 3000) para asegurar que los valores D50 (tamaño medio de partícula) se mantengan dentro de 0.5 micrómetros de la especificación.
Cantidad de Aplicación: La Regla de los 0.1 Gramos
La cantidad correcta de pasta térmica es una función del área del IHS y del espesor deseado de la línea de unión. La fórmula es:
Volumen (milímetros cúbicos) = Área (milímetros cuadrados) x Espesor de la Línea de Unión (milímetros)
Para una CPU AMD AM5 estándar (área de IHS de 558 milímetros cuadrados), una línea de unión de 0.05 mm requiere 27.9 milímetros cúbicos de pasta. Para un Intel LGA1700 (área de IHS de 455 milímetros cuadrados), la misma línea de unión requiere 22.8 milímetros cúbicos.
En términos prácticos, esto equivale a: - Gota del tamaño de un guisante: 4 a 5 milímetros de diámetro (aproximadamente 30-50 milímetros cúbicos) - Línea del tamaño de un grano de arroz: 3 a 4 milímetros de largo, 1.5 milímetros de ancho (aproximadamente 15-25 milímetros cúbicos) - Patrón en X: 2 líneas que se cruzan, cada una de 5 milímetros de largo, 2 milímetros de ancho (aproximadamente 40-60 milímetros cúbicos)
Aplicar demasiada pasta (más de 100 milímetros cúbicos) crea presión hidráulica que levanta el disipador, aumentando la línea de unión a 0.2 milímetros o más. Esto eleva la resistencia térmica en un 40 a 60 por ciento. Aplicar muy poca (menos de 10 milímetros cúbicos) deja bolsas de aire que cubren del 15 al 25 por ciento del área del dado, causando puntos calientes localizados de 5 a 8 grados Celsius por encima del promedio.
Datos Comparativos de Rendimiento
| Tipo de Pasta | Conductividad Térmica (W/mK) | Viscosidad (cP) | Línea de Unión Óptima (mm) | Precio por Gramo (USD) | Reducción de Temperatura vs. Hueco de Aire (grados C) |
| Cerámica (óxido de zinc) | 1.5 - 3.0 | 150,000 - 250,000 | 0.08 - 0.12 | 0.50 - 1.50 | 18 - 22 |
| Óxido metálico (alúmina) | 3.0 - 5.0 | 200,000 - 300,000 | 0.06 - 0.10 | 1.50 - 3.00 | 22 - 28 |
| Nitruro de boro | 5.0 - 8.0 | 250,000 - 350,000 | 0.05 - 0.08 | 3.00 - 6.00 | 28 - 35 |
| Plata (micro-partícula) | 6.0 - 10.0 | 180,000 - 280,000 | 0.04 - 0.07 | 5.00 - 10.00 | 30 - 40 |
| Metal líquido (aleación de galio) | 40.0 - 80.0 | 1,000 - 3,000 (líquido) | 0.02 - 0.04 | 15.00 - 25.00 | 45 - 55 |
Nota: La reducción de temperatura se mide a 100W de potencia del dado, 25 grados Celsius de temperatura ambiente, con un disipador de cobre. El metal líquido es eléctricamente conductor y requiere un IHS de cobre niquelado para prevenir la corrosión por galio.
Método de Extensión y Presión de Montaje
El método óptimo de extensión depende de la viscosidad de la pasta y del mecanismo de montaje del disipador. Para pastas superiores a 250,000 cP, se recomienda el método del guisante (punto central) porque la presión de montaje extiende naturalmente la pasta hacia afuera. Para pastas inferiores a 200,000 cP, el método de extensión fina (usando una cuchilla de afeitar o espátula para aplicar una capa uniforme) es más fiable.
La presión de montaje es crítica. La presión de contacto recomendada para IHS metálico a disipador de cobre es de 20 a 40 libras por pulgada cuadrada (psi), lograda mediante una placa trasera con tornillos de resorte. A 20 psi, la pasta se comprime al 90 por ciento de su volumen original. A 40 psi, se comprime al 80 por ciento. Exceder 60 psi puede hacer que la pasta se exprima por completo, dejando una junta seca.
El ciclo térmico (encendido/apagado) causa expansión diferencial entre el dado (coeficiente de expansión térmica de 2.6 ppm/K para silicio), el IHS (16.5 ppm/K para cobre) y el disipador (23 ppm/K para aluminio). Este movimiento, típicamente de 5 a 15 micrómetros por ciclo, puede bombear la pasta fuera del espacio. Las pastas de alta viscosidad y las pastas con un índice tixotrópico superior a 2.0 (donde la viscosidad disminuye bajo cizallamiento y se recupera en reposo) resisten este efecto de bombeo.
Control de Calidad en la Fabricación
En BQUQ, fabricamos pastas térmicas para clientes industriales bajo procesos certificados ISO 9001:2015. Nuestros parámetros críticos son: - Conductividad térmica medida por el método de placa caliente guardada (ASTM D5470), tolerancia de más o menos 5 por ciento - Viscosidad medida por viscosímetro rotacional Brookfield a 25 grados Celsius, tolerancia de más o menos 10 por ciento - Tamaño de partícula D50 por difracción láser, tolerancia de más o menos 0.5 micrómetros - Desgasificación probada según ASTM E595, pérdida de masa total inferior al 1 por ciento para aplicaciones de grado espacial - Vida útil: 24 meses a 25 grados Celsius, 60 por ciento de humedad relativa, en envase de jeringa sellado
Para producción de alto volumen (más de 10,000 unidades por mes), recomendamos dispensación automatizada usando una jeringa neumática con aguja de 0.6 milímetros. La presión de dispensación se ajusta a 60 a 80 psi, con un tiempo de ciclo de 0.8 a 1.2 segundos por punto. El peso del punto se verifica en proceso usando una balanza de verificación de peso con una tolerancia de más o menos 5 miligramos.
Consejos de Aplicación en Formato FAQ
1. ¿Debes extender la pasta con una tarjeta? Solo si la viscosidad de la pasta es inferior a 200,000 cP y el dado es de contacto directo (sin IHS). Para CPUs con IHS, el método del guisante es superior porque evita introducir burbujas de aire. 2. ¿Cómo sabes si aplicaste demasiada? Si ves pasta saliendo por los lados del IHS después del montaje, aplicaste de 30 a 50 por ciento de más. Límpiala con alcohol isopropílico (90 por ciento o más) y vuelve a aplicar. 3. ¿Caduca la pasta? Sí. Después de 24 meses, la matriz polimérica se oxida y la viscosidad aumenta hasta un 30 por ciento. La conductividad térmica no se degrada, pero la pasta se vuelve más difícil de extender uniformemente. 4. ¿Puedes reutilizar la pasta después de quitar el disipador? No. Una vez que se rompe la línea de unión, se forman bolsas de aire en la pasta. Siempre limpia ambas superficies con alcohol isopropílico y aplica pasta nueva. 5. ¿Cuál es la temperatura mínima para la aplicación? Aplica a temperatura ambiente (20 a 25 grados Celsius). Por debajo de 10 grados Celsius, las pastas a base de silicona se vuelven un 50 por ciento más viscosas y no se extenderán correctamente.
Conclusión
La pasta térmica es un compuesto de ingeniería de precisión de matriz polimérica y relleno térmicamente conductor, con tamaños de partícula y viscosidades ajustados para requisitos específicos de línea de unión. La cantidad correcta es una gota del tamaño de un guisante (30 a 50 milímetros cúbicos) para superficies estándar de IHS de CPU, lo que produce una línea de unión de 0.05 a 0.1 milímetros bajo una presión de montaje de 20 a 40 psi. Usar el tipo y la cantidad correctos de pasta reduce las temperaturas de la CPU en 20 a 55 grados Celsius en comparación con un hueco de aire seco, impactando directamente la fiabilidad del sistema y su vida útil.
Para ingenieros que necesitan materiales de interfaz térmica consistentes y repetibles para producción, BQUQ ofrece pastas formuladas a medida con tolerancias estrictas y un proceso de cotización de 12 horas. Nuestro equipo puede igualar su presupuesto térmico, requisito de viscosidad y método de dispensación. Contáctenos en sc@bquq.com o vía WhatsApp al +86 13713157787, o visite www.bquq.com para fichas técnicas y solicitudes de muestras.
