Actualizado a: 19 de enero de 2024
La pasta térmica es un componente esencial en la electrónica de alta potencia, ya que permite actuar como un medio para mejorar la disipación de calor entre el chip y el disipador. Sin embargo, la pasta tiene muchas propiedades que deberías conocer, ya que te influirán a la hora de elegir la correcta para tu caso, e incluso al tiempo que dura sin necesidad de sustituirla…
¿Qué es la densidad de la pasta térmica?
La densidad, como probablemente sepas, es una medida física que cuantifica la cantidad de una sustancia contenida en un espacio específico (se calcula dividiendo la masa entre el volumen). Por ejemplo, si comparamos un bloque de plomo (Pb) con el material de espuma FOAM, notamos que el plomo es más denso debido a su mayor compacidad en comparación con la espuma. En resumen, la densidad varía entre diferentes sustancias. Generalmente, los sólidos tienden a ser más densos que los líquidos, mientras que los líquidos suelen ser más densos que los gases.
Esta propiedad no solo tiene relevancia en cuestiones relacionadas con la flotación, sino que también desempeña un papel crucial en una variedad de aspectos, como la selección de la pasta térmica adecuada.
Es fundamental al adquirir pasta térmica asegurarse de que su densidad se encuentre en el rango de 3 a 4 gramos por centímetro cúbico. Esta medida contribuirá a prevenir la filtración hacia áreas circundantes y a reducir el riesgo de cortocircuitos en caso de que la pasta térmica tenga una excelente capacidad de conducción eléctrica. Con una densidad mayor, la pasta se mantendrá en un estado más sólido, minimizando las posibles fugas.
¿Qué es la viscosidad de la pasta térmica?
Cuando te encuentres trabajando con pasta térmica, notarás que también se indica su nivel de viscosidad. Algunas pastas son más fluidas que otras, y esto tiene ventajas y desventajas. Por ejemplo, las pastas térmicas más densas o espesas pueden ser complicadas de distribuir uniformemente sobre la superficie del chip, mientras que las que son más viscosas o menos densas se aplican con mayor facilidad pero podrían tener dificultades para evitar fugas y tienden a secarse más rápido.
La unidad científica para medir la viscosidad es el Newton-segundo por metro cuadrado, que suele expresarse en Pascal-segundo (Pa-s) o miliPascal-segundo (mPa-s). 1 Pa-s equivale a 1.000 mPa-s.
En el mercado, puedes encontrar pastas térmicas con una viscosidad que varía desde 300 unidades hasta 1500 unidades. Como mencioné previamente, no es beneficioso que la viscosidad sea demasiado baja o demasiado alta. Lo ideal es buscar pastas de viscosidad intermedia, es decir, que se extiendan con facilidad sobre la superficie pero que no se sequen rápidamente.
Es importante destacar que la viscosidad está relacionada con la densidad, lo que significa que una pasta más densa será más viscosa, mientras que una pasta menos densa tendrá una menor viscosidad. Las pastas más viscosas se comportan como sólidos y son difíciles de extender, pero se adhieren mejor que las de baja viscosidad. Por otro lado, las pastas de baja viscosidad se comportan más como líquidos, como mencioné anteriormente. Por lo tanto, es esencial encontrar un equilibrio adecuado, evitando que la pasta sea demasiado viscosa o demasiado fluida.
¿Qué es la conductividad térmica de la pasta térmica?
La conductividad térmica se refiere a una propiedad física que explica la habilidad de un material para llevar el calor a través de sí mismo. En términos simples, es una medida que indica cuán eficazmente un material puede transferir calor cuando existe una diferencia de temperatura a través de él.
Los materiales con alta conductividad térmica actúan como excelentes conductores de calor, lo que significa que pueden transmitir calor de manera rápida, mientras que los materiales con baja conductividad térmica son ineficientes en la conducción de calor y tienden a actuar como aislantes, dificultando la transferencia de calor.
La conductividad térmica de un material se ve influenciada por su composición química, estructura molecular y otros factores como la temperatura y la presión. En resumen, es fundamental comprender y tener en cuenta la conductividad térmica al seleccionar tanto disipadores de calor como elementos como la pasta térmica, ya que esto afectará directamente al rendimiento en la disipación de calor…
¿Qué es el coeficiente de conductividad térmica?
Esta característica esencial, conocida como el coeficiente de conductividad térmica, reviste una importancia crítica, ya que el propósito principal de esta pasta térmica es mejorar la disipación del calor entre superficies. La conductividad térmica se encarga de medir la capacidad de un material para transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas cercanas, en otras palabras, su aptitud para conducir el calor.
Naturalmente, cuanto mayor sea esta conductividad térmica, mayor será la calidad de la pasta térmica utilizada. Esta capacidad puede variar sustancialmente en función del tipo de material de relleno empleado. Siguiendo una escala desde menos eficaz hasta más eficaz, encontramos compuestos como óxido de cinc, nitruro de boro, nitruro de aluminio, aluminio, cobre, plata y otros materiales con una elevada capacidad de conducción térmica, como las pastas a base de diamante.
La conducción térmica tiene lugar en presencia de una sustancia; por lo tanto, es inexistente en un vacío ideal y se limita significativamente en entornos de alto vacío.
Las unidades utilizadas para medir la conductividad térmica en el Sistema Internacional (SI) son los vatios por metro por kelvin (W/(m·K)), lo que indica cuánta energía en vatios un material puede transmitir a través de un metro de longitud cuando existe una diferencia de temperatura de un kelvin entre sus extremos. También puede expresarse en otras unidades, como kilocalorías por hora por metro por grado Celsius o kcal/(h·m·°C), y la equivalencia es: 1 W/(m·K) = 0.86 kcal/(h·m·°C).
El coeficiente de conductividad térmica se representa con la letra griega λ y caracteriza la cantidad de calor necesaria para que, en una unidad de tiempo, un metro de un material homogéneo experimente un cambio de temperatura de 1 °C entre sus dos caras.
La resistividad térmica, que es inversamente proporcional a la conductividad térmica, indica la capacidad de los materiales para oponerse al flujo de calor. Cuanto mayor sea la resistividad térmica de un material, más difícil será que el calor se propague a través de ese material. En otras palabras, mide la eficacia de aislamiento térmico de un material. Por lo tanto, en una pasta térmica, se busca que esta resistividad sea lo más baja posible, de lo contrario, la conductividad será muy reducida.
En términos generales, existe una relación entre las conductividades bajas y las densidades bajas, ya que la ligereza de una pasta térmica suele estar vinculada a espacios internos ocupados por aire, el cual actúa como un aislante mucho más efectivo que una pasta térmica más compacta.
¿Qué es la resistencia eléctrica de la pasta térmica?
No solo debemos enfocarnos en la densidad, viscosidad, conductividad y el coeficiente de conductividad térmica al considerar una pasta térmica, sino que también debemos tener en cuenta otros factores, como la resistencia eléctrica de la pasta. En este caso, nos referimos a la resistencia eléctrica, no a la resistencia térmica. Esta cuestión secundaria es igualmente importante y merece nuestra atención, especialmente en dispositivos electrónicos como GPU, CPU, etc.
Es esencial que la resistencia eléctrica sea lo más alta posible en estos casos para prevenir problemas cuando la pasta térmica tiene una alta conductividad eléctrica debido al material de relleno. En otras palabras, si utilizamos una pasta térmica con una gran capacidad para conducir electricidad o una baja resistencia eléctrica, existe el riesgo de cortocircuitos si la pasta se derrama o entra en contacto con ciertas conexiones. Estos cortocircuitos pueden variar desde hacer que el sistema deje de funcionar hasta causar daños graves e inutilizarlo por completo.
Para medir esto, se utiliza la unidad Ω·cm, que representa ohmios por centímetro. Cuanto mayor sea este valor (lo que indica un mejor aislamiento del material), más deseable será el resultado. Por lo tanto, las pastas térmicas basadas en diamante suelen mostrar una resistencia eléctrica significativa, lo que las convierte en opciones muy atractivas en estos escenarios.
¿Qué es el coeficiente de dilatación térmica?
Para concluir, existe otro factor relevante a considerar al elegir una pasta térmica adecuada, y se trata del coeficiente de dilatación térmica. Aunque no está relacionado ni con el coeficiente de conductividad térmica ni con la conductividad eléctrica, su importancia radica en la siguiente explicación (aunque no tanto como los parámetros mencionados anteriormente).
Por lo general, se prefiere optar por un coeficiente de dilatación térmica lo más bajo posible para evitar una expansión excesiva debido al calor, lo que a su vez evita que los componentes se vean sometidos a tensiones y esfuerzos. Ejemplos de materiales que suelen tener un buen desempeño en este aspecto son el cobre, la plata y el diamante.
En consecuencia, las pastas térmicas basadas en estos materiales tienden a experimentar una dilatación mínima cuando se exponen a altas temperaturas, lo que resulta en una tensión reducida entre el IHS (Integrated Heat Spreader) y el disipador de calor.
Resumen
Para finalizar, y que tengas una idea más clara a la hora de elegir la pasta térmica, básicamente tienes que asegurarte de:
- Densidad: no debe ser ni demasiado alta para generar problemas al extenderla, ni demasiado baja para reducir los problemas de fugas. Lo ideal es una pasta térmica cuya densidad se encuentre en el rango de 3 a 4 gramos por centímetro cúbico.
- Viscosidad: las pastas más viscosas se comportan como sólidos y son difíciles de extender, pero se adhieren mejor que las de baja viscosidad. Por otro lado, las pastas de baja viscosidad se comportan más como líquidos, como mencioné anteriormente. Por lo tanto, es esencial encontrar un equilibrio adecuado, evitando que la pasta sea demasiado viscosa o demasiado fluida.
- Conductividad térmica / coeficiente de conductividad térmica: lo mejor es adquirir aquella pasta que tenga mayor conductividad térmica, ya que eso ayudará a mejorar la disipación del calor.
- Resistencia eléctrica: siempre piensa que es mejor usar una pasta térmica que tenga una alta resistencia, mientras más «aislante» sea, es decir, mientras menos «conductora» de la electricidad sea, mucho mejor. Ya que en caso de estar en contacto con algún componente electrónico o conductor, no generará cortocircuitos.
- Coeficiente de dilatación térmica: lo ideal es buscar una pasta térmica que tenga baja dilatación térmica, ya que si no, cuando se generan altas temperaturas entre el chip o IHS y el disipador, una dilatación mayor generará una expansión mayor que resultará en mayores tensiones entre ambas superficies.
Ahora ya sabes todo lo que tenías que saber para elegir mejor la pasta térmica. No obstante, hay otros factores que influyen, como la composición y los tipos de pasta térmica, pero esto es ya otro tema…
