La pasta termica

[Danckan]

INTRODUZIONE

Le superfici dei materiali , anche se sembrano molto lisce e piane , a livello microscopico sono estremamente irregolari: per quanto sembrino lucide ed uniformi è normale che esistano irregolarità tra 0.003" e 0.008" , il che impedisce un completo contatto tra le parti metalliche di un dissipatore e l'HIS di un microchip; solo i vertici delle irregolarità entreranno in contatto diretto e resteranno ampie areedi vuoti. Ovviamente è possibile ridurre questi vuoti esercitando una pressione che spiani le irregolarità, ma questo è difficilmente applicabile ad oggetti delicati come chip elettronici.
Quindi, quando si accoppiano due superfici , si formano nell' accoppiamento dei punti di contatto e dei vuoti irregolari che , in sostanza riducono la superficie. Poichè il calore passa male nell' aria e bene nei punti di contatto, un cattivo accoppiamento tra le parti riduce le possibilità del calore generato dal chip di raggiungere il dispositivo di raffreddamento ed essere scaricato nell' atmosfera.

La pasta termica serve a riempire i vuoti e a fornire un mezzo dotato di bassa resistenza al passaggio del calore per trasferirlo su tutta la superficie disponibile.

Dovendo trasmettere il calore con package piccoli ed elevate potenze (anche piú di 40W) , occorre poter sfruttare fino all' ultimo millimetro quadrato di superficie per ottenere un buon trasferimento del calore .Calore che é generato dal chip contenuto nella CPU, trasmesso all'HIS (contenitore del chip) , passato al radiatore e infine disperso nell' ambiente dalle alette con l'aiuto del flusso d' aria generato dalla ventola.

Come tutti i materiali, anche la pasta termoconduttiva oppone una certa resistenza al passaggio del calore: è cura dei costruttori cercare le sostanze più adatte per ridurre al minimo questa resistenza (resistenza termica). All' atto pratico i migliori risultati si ottengono diluendo in una sostanza sintetica di supporto, ad esempio silicone, dei metalli o degli ossidi metallici altamente conduttivi al calore.

La pasta termoconduttiva é di uso comune nell'industria elettronica in tutte le applicazioni che impiegano semiconduttori di potenza (ovvero che producono calore) collegati a sistemi di dissipazione (radiatori), e per questo genere di chip risulta un'elemento assolutamente indispensabile anche in presenza del sistema di raffreddamento più efficace. Il problema del calore é una questione primaria nell'utilizzo del PC, per cui , visto il costo molto basso che ha la pasta termica , mettiamola sempre e scegliamo i tipi migliori.

COME E' COMPOSTA LA PASTA TERMICA

Ci sono diverse composizioni chimiche che hanno come caratteristica un buon indice di trasferimento del calore, di cui le principali sono:

- composti siliconici inorganici
- composti sintetici non siliconici

La conducibilità termica è accresciuta inserendo in questi composti metalli od ossidi metallici, termicamente conduttori.
Il colore dipende dal metallo incorporato; é in genere bianco o grigio se addizionato ad ossidi metallici, come quello di Zinco o Diamanti (il materiale più conduttivo in assoluto), argenteo se addizionato ad Argento, blu se addizionato con Biossido di Berillio (ottimo conduttore termico) e così via. In genere , almeno per i prodotti correnti , il composto siliconico é il piú diffuso ed é il piú adatto allo scopo. Le paste siliconiche e non, caricate ad ossidi metallici, normalmente hanno caratteristiche termiche migliori, ma sono piú costose a causa del prezzo dei metalli addizionati, che devono avere caratteristiche di particolare purezza.

Un'altro parametro che identifica la pasta termica, dipendente sempre dalla sua composizione, è il grado di viscosità che può andare dall'estremamente liquido all'estremamente gommoso. Il grado di viscosità determina la facilità con cui la pasta termica può essere spalmata manualmente sulla base del dissipatore, ma come vedremo in seguito ci sono tecniche che permettono di ignorare questa caratteristica all'atto dell'applicazione.

APPLICARE LA PASTA TERMICA

La pasta termica ha lo scopo di accoppiare termicamente le parti, non sostituirsi completamente al contatto tra le superfici. Anzi, mettendo troppa pasta termica si ottiene l'effetto opposto, ovvero un degrado rapido delle temperature. La conduttività metallica della base del dissipatore sarà sempre superiore a quella di qualsiasi pasta termica, quindi è nell'interesse di chi la applica di utilizzarne la minima quantità necessaria per riempire le micro-aree di mancato contatto.

Come per tutti i composti chimici ci sono delle indicazioni di base da seguire ed un minimo di cautela da applicare, anche se la maggior parte dei composti risultano essere innocui e anche se capita di sporcarsi un pò, non succede nulla di pericoloso. Informarsi sempre presso il produttore di eventuali pericolosità ed utilizzare le basilari norme del buon senso:

- Non ingerire
- Non mandare in contatto con occhi, naso, orecchie, labbra
- Tenere lontano dai bambini.
- Non fumare e non mangiare durante l' uso.
- Non contaminare cibi e bevande
- Lavorare in ambienti puliti ed areati

Il modo più semplice ed efficace consiste nell'applicare una concentrazione grande quanto un paio di chicchi di riso al centro preciso della base del dissipatore o alternativamente al cento del chip da raffreddare:

Dopodichè pressate base e chip per bene e chiudete tutto con la staffa d'aggancio. La pressione provvederà da sola a stendere l'impasto in modo uniforme su tutto il punto di contatto. Per verificare che la pasta sia stata stesa correttamente potete sganciare il dissipatore dopo qualche minuto e verificare che la sua impronta (ovvero il segno della pasta sulla superficie di dissipatore e chip) sia circolare senza sbordature, ben centrata e che lo strato di pasta sia "appena un velo" che continua a lasciar visibile in trasparenza la base del dissipatore da un lato, e le scritte sull'HIS del chip dall'altro.

Come in questi casi:

Altri metodi per stendere la pasta termica prevedono di creare una X con la pasta sulla base del dissipatore oppure di fare una stesura preventiva con un guanto o con una carta plastificata prima di pressare base e chip, ma sono tutti metodi che, oltre ad essere più complicati, non hanno mai dimostrato di avere vantaggi tangibili, con l'aggravante che è più difficile dosare la giusta quantità di pasta da applicare. Di conseguenza consigliamo di rimanere sul primo metodo della goccia al centro del chip. Anche perchè, data la diversa viscosità da modello a modello di pasta, è l'unico metodo applicabile universalmente senza inconvenienti, in quanto alcune paste potrebbero risultare particolarmente ostiche da stendere preventivamente.

RIMUOVERE LA PASTA TERMICA

La rimozione della pasta termica per un'eventuale nuova stesura è obbligatoria se si decide di cambiare tipo di pasta termica da applicare e risulta consigliabile qualora non siate soddisfatti dell'impronta lasciata dalla precedente stesura. Ogni pasta termica si rimuove in modo abbastanza facile al di là della propria composizione. Per eseguire la rimozione consigliamo di utilizzare, per esperienza personale, cerchietti d'ovatta struccanti (in quanto l'ovatta grezzo potrebbe lasciare pilucchi) imbevuti di alcool etilico (quello rosa comune ed economico ad uso medico) in quanto quest'ultimo sgrassa per bene la superficie ed evapora in pochi secondi non lasciando superfici bagnate. Esistono anche kit di rimozione studiati appositi, ma francamente crediamo che costituiscano un "eccesso di zelo".

PASTE PRE-APPLICATE E SOLUZIONI ALTERNATIVE

Alcuni costruttori di dissipatori per processori si rendono conto della difficoltà che potrebbe costituire per l' utente medio lo stendere con la dovuta cura lo strato di pasta e fornisce i propri dissipatori con la giusta quantità pre-applicata e deposta nel modo migliore. Le paste termiche, come detto, hanno la caratteristica di rimanere fluide; questa caratteristica le rende facili da rimuovere, anche in modo non voluto, maneggiando sbadatamente il radiatore. Ci sono, quindi, altre soluzioni per accoppiare chip e dissipatori termicamente; lo scopo di questi sistemi è quello di fornire il radiatore con già pronta la superficie termo conduttiva, cosicchè anche l' utente più imbranato possa installare processore e radiatore nel migliore dei modi, senza avere a che fare con tubetti, siringhe, e facendo il minor numero possibile di danni:

- Pad Termici Plastici: materiali plastici con elevata conducibilità termica , che , grazie alla superficie morbida , hanno una funzione simile alla pasta. Sono molto comuni, in quanto hanno il vantaggio sulla pasta di non spandersi, quindi non si corre il rischio di sporcare. In generale la loro capacità di trasferimento termico è inferiore a quella delle paste caricate con metalli. Queste sagome possono essere ricoperte o meno di pasta termo conduttiva, possono essere adesive o bi adesive, già tagliate su misura sulla sagoma dei chip o dei semiconduttori oppure in fogli da ritagliare, ecc.

- Fogli di leghe metalliche morbide: ricoperti di polveri termo conduttive, di colore solitamente nero, sono usati da molti costruttori di dissipatori (ad esempio sono molto comuni quelle nelle confezioni boxed di Intel). Anche in questo caso, la capacità di trasferimento termico è inferiore a quella delle paste termiche classiche.

- Pad Termici gommosi: solitamente di colore marronastro o verde; questi composti si sagomano per effetto del calore e della pressione della staffa del dissipatore, ed assumono la forma del chip su cui poggiano. Non sono composti fluidi e, quindi, se occorre rimuoverne i residui bisogna farlo meccanicamente o o con un solvente. Alcuni tipi di queste paste hanno caratteristiche semi adesive e collegando in modo semi permanente le due parti in contatto per cui occorre una certa cura per separarle. Fanno parte di questa categoria i Pad Termici applicati tra Memoria RAM e dissipatore passivo e in corrispondenza dei chip di memoria delle schede video.

FALSI MITI SULLA PASTA TERMICA

-E' di colore rosso: Nessuno nega che possa esistere, anche se solitamente i composti termoconduttivi piú comuni sono di colore bianco (siliconici base e non, i piú comuni, caricati con Ossido di Zinco), grigio (con carica metallica diversa), argento (caricati con Argento), blu (con Ossido di Berillio), bruno (altri composti semi adesivi), verde o nero.

-E' trasparente: Per gli stessi motivi sopra descritti, non può essere trasparente perchè i metalli con cui è caricata la rendono opaca.

-E' Spray: Anche questo non è vero, non esistono in commercio al momento paste termiche in formato spray.

-É la stessa che si usa in edilizia per tappare fessure: Anche se c'è la stessa base di silicone, quello edilizio svolge una funzione completamente opposta, ovvero quella di ISOLARE termicamente due superfici. Inoltre il silicone industriale svolge anche la funzione di collante ed è molto acido finché non si asciuga del tutto. Tutti motivi che lasciano intendere che utilizzarlo in sostituzione della pasta termica può creare seri danni all'hardware.

-Bisogna rimetterla periodicamente: La pasta termica non si consuma, non si deteriora nel tempo e non si secca indefinitamente: anche se un chip non viene usato per molto tempo basta il calore stesso del chip per riportarla alla sua densità originale.

-Se cade su chip scoperti può provocare corto-circuito: Le paste termoconduttive per elettronica sono studiate per essere scarsamente acide , non corrosive e non conduttrici di elettricità, anzi, solitamente, sono buoni isolanti elettrici. Questo vale per tutte le paste termiche indipendentemente dal loro colore o dal metallo conduttivo con cui sono prodotte. Nonostante questo, è comunque preferibile non impiastrarne un chilo su socket, pin o circuiti scoperti vari proprio per la caratteristica di isolante elettrico che essa svolge; cosa che potrebbe provocare un momentaneo isolamento elettrico del punto in questione. Inoltre il metallo contenuto ne aumenta l' effetto capacitivo, che, sui circuiti che operano a frequenze nell'ordine di grandezza Ghz, si presenta come l'aggiunta di condensatori indesiderati e sconvolge le temporizzazioni dei segnali.

METALLO LIQUIDO

Negli ultimi anni, alle tradizionali paste termiche a base di silicone e ceramica, si è affiancato l'utilizzo di composti di vero metallo liquido puro, le cui tecniche di fabbricazione sono molto differenti dalle classiche paste termiche. In questo caso avremo infatti uno strato continuo di metallo altamente conduttivo invece di avere una base neutra (silicone o ceramica) impreziosita da polvere di metallo. Di conseguenza le prestazioni risulteranno notevolmente migliori ed è richiesto uno strato superficiale ancora più sottile di quanto necessario con la pasta termica.

Tuttavia questa soluzione presenta alcune controindicazioni:

-Non può essere utilizzata con dissipatori di alluminio perchè estremamente corrosiva nei confronti di questo materiale.
-Data la sua concentrazione di metallo puro permane un minimo di conduttività elettrica, quindi necessita di ulteriori precauzioni d'applicazione.
-Costa veramente tanto rispetto alle altre paste termiche, anche professionali.

Sempre su tecnologia Liquid Metal sono stati prodotti pad termici sagomabili da applicare sui chip con una conseguente facilitazione di installazione, ma anche in questo caso le prestazioni del metallo liquido vero e proprio risultano essere superiori, proprio come quelle della pasta termica sono superiori ai pad termici classici.

CATALOGAZIONE PER PREZZO

Volendo dividere per prezzo le paste termiche possiamo dividerle in tre categorie distinte.

Paste Comuni: Adatte a qualsiasi utilizzo normale del PC. Solitamente a base di ceramica e quindi di colore bianco. Prezzo medio: 0,50 - 1€ per grammo.

Paste da Overclock: Utilizzate per fare overclock e per chi è particolarmente interessato ad avere temperature basse. Solitamente a base siliconica con aggiunta di metalli conduttivi più o meno pregiati che la rendono grigia-argentea. Prezzo medio: 3 - 4€ per grammo.

Paste Liquid Metal: Utilizzate per prestazioni estreme. A base di metallo liquido con colorazione argento vivo (cromato e riflettente). Prezzo medio: 10 - 12€ per grammo.

Si ringrazia elma per la collaborazione

[Danckan]

Guida completata.

Come al solito a voi la parola su aggiunte da fare, critiche, correzione errori e commenti in generale

[F1R3BL4D3]

bene!

La pasta termica è sempre una di quelle cose che genera una certa apprensione negli utenti meno esperti, ma con le giuste spiegazioni si capisce che (facendo attenzione), il lavoro di applicazione non è poi questa impresa!

[Bankai]

c'è anche la innovation con particelle di diamante

[Danckan]

c'è anche la innovation con particelle di diamante

Puoi ben dirlo, è la mia storica pasta termica da sempre, IC Diamond 7! Non la cambierei per nulla al mondo. Infatti nella guida cito:

Il colore dipende dal metallo incorporato; é in genere bianco o grigio se addizionato ad ossidi metallici, come quello di Zinco o Diamanti (il materiale più conduttivo in assoluto), argenteo se addizionato ad Argento, blu se addizionato con Biossido di Berillio (ottimo conduttore termico) e così via.

Ma fa comunque parte delle paste siliconiche potenziate con uno dei tanti materiali conduttivi a disposizione. Non è tanto diversa dalle altre (come invece il liquid metal) da meritare una menzione particolare. Anche se resta la miglior pasta termica non liquid metal in commercio insieme alla arctic cooling MX-3

[Bankai]

io preferisco la mx-2 perdo poco come °c però stendibilità molto migliore imho

[F1R3BL4D3]

La IC7 l'ho provata anche io quando uscì, non male ma è assolutamente gomma.
La MX-4 invece recupera in stendibilità rispetto alla MX-3 (insomma è un ottimo mix tra MX-3 e MX-2).

[ciberbastard]

io ho provato la pasta a metallo liquido, estremamente sconsigliata! il gioco non vale la candela.

[Danckan]

La IC7 l'ho provata anche io quando uscì, non male ma è assolutamente gomma.

Vero! assolutamente sconsigliata se la si vuole spalmare preventivamente

Tuttavia se la si applica nel modo che ho indicato una o l'altra non fa differenza.

io ho provato la pasta a metallo liquido, estremamente sconsigliata! il gioco non vale la candela.

Sono parzialmente d'accordo. Sconsigliarla addirittura no, tuttavia per quei 3-4° che ti fa guadagnare spendere il triplo non ne vale la pena. Soprattutto se si è tipo come noi che si tende a montare e smontare dissipatori e processori frequentemente.

[ciberbastard]

il problema non son i gradi... è dopo toglierla dalla cpu che è uno strazio.