¿Qué es la grasa térmica?Propiedades y usos

La grasa térmica ayuda a transferir el calor entre piezas calientes como CPU y GPU y sus unidades de enfriamiento, generalmente disipadores de calor.Este artículo analiza el importante papel de la grasa térmica, que cubre su composición, cualidades y cómo usarla para garantizar una buena transferencia de calor.Discutiremos diferentes tipos de grasa térmica, incluida la silicona, el metal, la cerámica, el metal líquido y el metal líquido, y cómo cada uno satisface las necesidades específicas.El artículo también explica la forma correcta de aplicar la grasa térmica en las CPU, evitando errores y mitos comunes, para mostrar su amplio papel en mantener estables y eficientes en los dispositivos electrónicos.

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Figura 1: grasa térmica

¿Cómo mejora la grasa térmica?

La grasa térmica, comúnmente conocida como pasta térmica, es importante en la gestión del calor en dispositivos electrónicos.Su función principal es aumentar la transferencia de calor de un componente más caliente, como una CPU o GPU, a una más fría, como un disipador de calor, llenando los huecos de aire entre sus superficies.A nivel molecular, varios mecanismos explican cómo la grasa térmica mejora la conducción de calor:

Las superficies de la fuente de calor (por ejemplo, una CPU) y el disipador de calor parecen suaves a simple vista, pero en realidad son ásperas e imperfectas en una escala microscópica.Estas imperfecciones crean pequeños espacios de aire cuando las superficies entran en contacto, y dado que el aire es un mal conductor de calor, estos espacios obstaculizan la transferencia térmica.La grasa térmica llena estos vacíos, reemplazando el aire con un material que tiene una conductividad térmica mucho más alta, mejorando así la eficiencia de transferencia de calor.

La grasa térmica está hecha de un material base como silicona o aceite sintético mezclado con partículas térmicamente conductoras como metales, cerámica o carbono.Estas partículas forman una red de vías de conducción de calor a través de la grasa, lo que permite que el calor viaja de manera más eficiente que a través del material base solo.Esta red aumenta la conductividad térmica general de la interfaz.

La eficiencia de la transferencia de calor a través de una interfaz es inversamente proporcional a su resistencia térmica.Mejorar el contacto entre la fuente de calor y el fregadero y proporcionar un medio más conductor, la grasa térmica reduce la resistencia térmica en la interfaz.Esto da como resultado una disipación de calor más efectiva.

Tipos de grasas térmicas

Grasas a base de silicona: estas son las grasas térmicas más utilizadas para fines generales.Contienen aceites de silicona mezclados con partículas conductoras metálicas o cerámicas como el óxido de zinc o el óxido de aluminio.Son rentables y ofrecen conductividad térmica moderada.

Figura 2: grasas a base de silicona

Grasas a base de metal: Estas grasas contienen partículas de metal como plata, aluminio o cobre, que son excelentes conductores de calor.Las grasas basadas en metales proporcionan una mayor conductividad térmica que las basadas en silicona y son ideales para aplicaciones de alto rendimiento, como en PC o servidores de juegos.

Figura 3: Grasas a base de metales

Grasas a base de cerámica: Estas grasas no contienen partículas metálicas y están compuestas por conductores de cerámica como nitruro de aluminio, nitruro de boro o carburo de silicio.Las grasas basadas en cerámica no son conductoras eléctricas, lo que las hace buenos para aplicaciones donde la conductividad eléctrica podría representar un riesgo.

Grasas a base de carbono: incluyendo grafito o polvo de diamante, estas grasas aprovechan la alta conductividad térmica de los materiales de carbono.Diamond Powder, ofrece conductividad térmica superior y se utiliza en aplicaciones que requieren una disipación de calor excepcional.

Figura 4: Grasas a base de carbono

Grasas de metal líquido: Compuesto por aleaciones como Gallium, estas grasas cuentan con una alta conductividad térmica y se utilizan en aplicaciones de rendimiento extremo.Sin embargo, son conductores eléctricamente y potencialmente corrosivos para el aluminio, lo que requiere una aplicación cuidadosa.

Figura 5: Grasas de metal líquido

Aplicación correcta de la grasa térmica en las CPU

Paso 1: Reúna sus materiales

Antes de comenzar, asegúrese de tener:

• Grasa térmica

• Alcohol isopropílico (al menos 70%)

• tela o filtro de café sin pelusa

• Tarjeta de plástico (opcional, para propagación de pasta)

• CPU y enfriador

Paso 2: Prepare el área de trabajo

Configurado en un espacio limpio, sin polvo y bien iluminado.Ciéntese para evitar el daño estático a los componentes.Use una correa de muñeca antiestática o toque un objeto de metal conectado a tierra periódicamente.

Paso 3: Limpie la superficie de la CPU

Si reemplaza la pasta térmica antigua o limpia una nueva CPU, limpie a fondo la superficie.Reduzca un paño sin pelusa con alcohol isopropílico y limpie suavemente la superficie de la CPU.Déjalo secar por completo.

Figura 6: Limpiar las superficies de la CPU y el disipador de calor

Paso 4: Aplicar la grasa térmica

Aplique una pequeña cantidad de grasa térmica, aproximadamente el tamaño de un guisante o una línea delgada a través del centro de la CPU.Demasiado o muy poco puede causar problemas.

Figura 7: Aplicar la grasa térmica

Paso 5: Extienda la pasta (opcional)

Para una cobertura uniforme, puede extender la pasta con una tarjeta de plástico.Tenga cuidado de evitar usar demasiada pasta y crear burbujas de aire.

Paso 6: Instale el enfriador de CPU

Coloque el refrigerador en la CPU de manera uniforme.Presione ligeramente hacia abajo para garantizar un buen contacto con la pasta térmica, luego asegure el enfriador según las instrucciones del fabricante.Evite torcer o deslizar el enfriador para evitar bolsillos de aire.

Paso 7: Conecte el refrigerador a la alimentación

Conecte el enfriador en el encabezado del ventilador de la CPU de la placa base para alimentarlo.

Figura 8: Conectando el ventilador de la CPU a la placa base

Paso 8: prueba el sistema

Encienda su sistema.Ingrese el BIOS para verificar si la temperatura de la CPU se lee normalmente y si el ventilador de la CPU se reconoce y funciona.Monitoree la temperatura de la CPU bajo carga para asegurarse de que todo funcione como se esperaba.

Figura 9: Prueba el sistema

Errores y mitos comunes en la aplicación de grasa térmica

• Aplicar demasiada grasa térmica

Una idea errónea común es que más pasta térmica conduce a un mejor enfriamiento.En realidad, el propósito de la grasa térmica es llenar las imperfecciones microscópicas en la CPU y las superficies del disipador de calor para mejorar la conducción de calor.No está destinado a actuar como el principal director de calor.La aplicación excesiva puede aislar la fuente de calor, reduciendo la eficiencia de transferencia de calor.Es ideal una capa delgada y uniforme, sobre el grosor de una lámina de papel, o un pequeño punto del tamaño de un guisante que se propaga bajo la presión del disipador de calor.

• Reutilizando la vieja grasa térmica

Reutilizar la grasa térmica antigua después de desmontar un disipador de calor o cambiar componentes es otro error común.La grasa térmica usada puede secarse y perder su conductividad térmica.Cuando los componentes están separados, es mejor limpiar la pasta vieja por completo y aplicar una capa fresca para garantizar un contacto térmico óptimo.

• Uso de tipos incorrectos de grasa térmica

Las diferentes grasas térmicas están diseñadas para aplicaciones y condiciones específicas.Algunas pastas contienen compuestos a base de metal y son conductores eléctricamente, lo que representa un riesgo si se extienden a los componentes eléctricos y causan un cortocircuito.Elija una pasta no conductora para uso general a menos que esté seguro sobre las propiedades de conductividad del producto y su aplicación segura.

• Creer que todas las pastas térmicas son las mismas

Existe un mito de que todas las pastas térmicas funcionan igualmente bien, por lo que la elección no importa.En realidad, las pastas térmicas varían en la composición: algunas incluyen partículas de plata o cerámica para mejorar la conductividad térmica.Estas diferencias pueden afectar el rendimiento, especialmente en la gestión térmica informática de alto rendimiento.Vale la pena investigar y seleccionar una pasta que se adapte a sus necesidades y presupuesto específicos.

• Ignorar los métodos de aplicación

La efectividad de la pasta térmica puede verse muy influenciada por la forma adecuada que se aplica.Los métodos comunes incluyen el punto, la línea y los métodos de propagación.Cada uno tiene ventajas dependiendo del tipo de procesador y el diseño del disipador de calor.Por ejemplo, las CPU con múltiples núcleos pueden beneficiarse del método de línea, asegurando que todos los núcleos obtengan una cobertura adecuada.Comprender el método de aplicación más adecuado para su hardware garantiza una cobertura eficiente sin desbordamiento.

• descuidar preparar las superficies

La preparación adecuada de las superficies de la CPU y el disipador de calor antes de aplicar la grasa térmica a menudo se pasa por alto.El polvo, el aceite o los residuos pueden crear una barrera que inhiba la transferencia de calor efectiva.Limpiar ambas superficies con un paño sin pelusa y alcohol isopropílico antes de aplicar la pasta para asegurarse de que estén limpias y secas.

Papel de la grasa térmica

La siguiente tabla compara el rendimiento térmico de un procesador con y sin la aplicación de grasa térmica.

Aspecto	Sin grasa térmica	Con grasa térmica
Calor Eficiencia de transferencia	Contacto entre el procesador y el disipador térmico es menos efectivo debido a la microscópica imperfecciones y espacios de aire, lo que resulta en conductividad térmica subóptima y mayor resistencia térmica.	Relleno brechas de aire microscópicas entre el procesador y el disipador térmico, mejorando térmico conductividad y reducción de la resistencia térmica.
Temperatura Regulación	Más alto temperaturas de funcionamiento	Más bajo temperaturas de funcionamiento
	Térmico Estrucias: mayor probabilidad de reducción del rendimiento para evitar el sobrecalentamiento	Mejorado Rendimiento: estrangulamiento térmico reducido
	Reducido Vida útil de los componentes: altas temperaturas prolongadas acortan la vida útil	Aumentó Vida útil: una mejor disipación de calor mejora la vida útil de los componentes
	Sistema Estabilidad: las temperaturas más altas causan accidentes o paradas inesperadas	Estabilidad: El procesador más frío funciona de manera más confiable, reduciendo los bloqueos o los apagados
En general Rendimiento del sistema	Reducido Capacidad para mantener altas velocidades de reloj	Más sistema estable y de mayor rendimiento
	Disminuido eficiencia general	Sostenido rendimiento máximo para períodos más largos
	Notable Coloque la experiencia del usuario durante las tareas computacionales y los juegos	Beneficioso para tareas de alta potencia de procesamiento como juegos y edición de videos
		Más suave rendimiento e intervalos potencialmente más largos entre las actualizaciones de hardware
Cuantitativo Análisis	Inactivo Temperatura: 40 ° C	Inactivo Temperatura: 35 ° C
	Carga Temperatura: 85 ° C	Carga Temperatura: 70 ° C
	Térmico Resistencia: 0.5 ° C/W	Térmico Resistencia: 0.2 ° C/W

Composición y propiedades de la grasa térmica

Composición química

La grasa térmica está compuesta por un material base, ya sea silicona o no silicona, mezclada con rellenos conductores.Estas opciones afectan su conductividad térmica y eléctrica y otros rasgos físicos.

Material base

Las grasas basadas en silicona son populares por su estabilidad térmica y resistencia a la descomposición en un amplio rango de temperatura.También proporcionan un buen aislamiento eléctrico, lo que los hace ideales para aplicaciones que necesitan esta propiedad.

Las bases no silicona, como los aceites sintéticos o los ésteres, se usan cuando las tasas de evaporación bajas y bajas son importantes.Estos se prefieren en escenarios en los que la contaminación de silicona podría ser problemática, como en aplicaciones ópticas o automotrices.

Rellenos conductores

Los óxidos metálicos, como el óxido de zinc y el óxido de aluminio, se usan comúnmente porque equilibran la conductividad térmica con aislamiento eléctrico.

Los rellenos metálicos, incluidos las partículas de plata, aluminio y cobre, aumentan la conductividad térmica, pero también aumentan la conductividad eléctrica, que no es adecuada para todas las aplicaciones.

Los materiales a base de carbono como el grafito y los nanotubos de carbono, así como las partículas de cerámica, se utilizan para una alta conductividad térmica sin el riesgo de conducción eléctrica.

Propiedades físicas

Conductividad térmica: esto mide la capacidad del material para transferir calor.Las grasas térmicas tienen conductividades térmicas de 0.5 a 10 W/mk, con tipos especializados que alcanzan valores más altos.Una conductividad térmica más alta significa una transferencia de calor más efectiva.

Viscosidad: la viscosidad afecta la facilidad con la que se puede aplicar la grasa y el grosor de la capa formado entre las superficies.Las grasas de viscosidad más bajas se extienden fácilmente y se adaptan a aplicaciones delgadas, mientras que las grasas de viscosidad más altas son mejores para espacios más grandes o superficies rugosas.

Impedancia térmica: la impedancia térmica mide la resistencia al flujo de calor, considerando tanto la conductividad térmica como el grosor de la capa de grasa.La impedancia térmica inferior es mejor para una transferencia de calor eficiente.

Rango de temperatura de funcionamiento: el rango de temperatura de la grasa debe coincidir con las condiciones operativas del dispositivo o maquinaria.Algunas grasas están diseñadas para temperaturas extremas, tanto bajas como altas.

Durabilidad: con el tiempo, la grasa térmica puede secarse, endurecerse o migrar del área de aplicación, reduciendo la efectividad.La formulación de grasa afecta su durabilidad y con qué frecuencia debe volver a aplicarla.

Diferentes métodos para aplicar grasa térmica

Sistemas de dispensación automatizados

Los sistemas de dispensación automatizados aseguran la aplicación consistente y precisa de la grasa térmica en entornos profesionales.Estos sistemas se pueden programar para dispensar la cantidad exacta de pasta requerida en la ubicación específica en una CPU o GPU, minimizando el error humano y la variación en el grosor de la aplicación.Esta automatización también acelera el proceso de ensamblaje en entornos de producción.

Figura 10: Sistema de dispensación automatizado

Aplicación asistida por láser

Un método avanzado implica el uso de la tecnología láser.Los láseres calientan la grasa térmica ligeramente antes de la aplicación, reduciendo su viscosidad para una extensión más uniforme a través de la superficie del chip.Esta técnica es particularmente útil para pastas más gruesas o cuando se requiere precisión.

Técnicas de impresión de pantalla

Adaptado de la industria de fabricación de electrónica, la impresión de pantalla se aplica de manera eficiente.Una máscara define el área de aplicación, y una herramienta tipo escobilla extiende la pasta de manera uniforme a través de la máscara, asegurando una capa uniforme con bordes precisos.Este método es mejor para ensamblar múltiples procesadores simultáneamente.

Figura 11: Aplicación de grasa térmica a través de la impresión de pantalla

Métodos de plantilla precisos

Los métodos de plantilla implican colocar una plantilla sobre la CPU o GPU con aperturas donde se debe aplicar la pasta.La grasa térmica se extiende sobre la plantilla y se elimina el exceso, asegurando un grosor y la forma constantes de la pasta aplicada.

Figura 12: Método de plantilla

Aplicación de material de cambio de fase

Los materiales de cambio de fase (PCM) se derriten y se solidifican a temperaturas específicas, absorbiendo o liberando calor en el proceso.Los PCM se pueden aplicar como almohadillas o hojas que se derriten y se ajustan a la superficie del chip cuando se calienta.Aunque no es una pasta tradicional, los PCM ofrecen una alternativa innovadora, proporcionando una conductividad térmica consistente sin el desorden de los compuestos líquidos.

Aplicación ultrasónica

La aplicación ultrasónica utiliza vibraciones para distribuir uniformemente la pasta térmica a través de la superficie del chip.Esta técnica es ideal para lograr una capa de pasta micro delgada, en entornos de alta precisión.También ayuda a eliminar burbujas de aire que pueden obstaculizar la conductividad térmica.

Impresión tridimensional de compuestos térmicos

La tecnología emergente permite la impresión 3D de compuestos térmicos, lo que permite una deposición precisa de la pasta térmica en patrones que optimizan la transferencia de calor.Al ajustar la geometría de la aplicación Paste de acuerdo con la salida de calor de diferentes áreas de chips, este método podría revolucionar la aplicación de materiales de interfaz térmica en el futuro.

Conclusión

La grasa térmica es buena para administrar el calor en dispositivos electrónicos, afectando en gran medida lo bien que funcionan, lo confiables que son y cuánto duran.Este artículo destaca la importancia de elegir la grasa térmica correcta mediante el examen de los diferentes tipos y cómo se aplican.Comprender cómo funciona la grasa térmica, al mejorar las vías de calor, reducir la resistencia térmica o aumentar la transferencia de calor muestra su papel en el diseño y el mantenimiento de la electrónica.Nuevos métodos de aplicación como sistemas automatizados, técnicas asistidas por láser e impresión 3D de compuestos térmicos sugieren un futuro donde sea posible una gestión térmica precisa y eficiente.A medida que avanza la tecnología, la investigación continua en la grasa térmica, asegurando que los dispositivos electrónicos funcionen más allá de las expectativas en un mundo tecnológico que evolucionan rápidamente.

Preguntas frecuentes [Preguntas frecuentes]

1. ¿Cuál es la diferencia entre el gel térmico y la grasa térmica?

El gel térmico y la grasa térmica son materiales utilizados para mejorar la transferencia de calor entre componentes, como la CPU de una computadora y su disipador de calor.La principal diferencia radica en sus propiedades físicas y métodos de aplicación.La grasa térmica es una pasta viscosa que requiere una aplicación manual, asegurando que se propaga uniformemente para llenar los huecos microscópicos entre las superficies.Por otro lado, el gel térmico a menudo viene en almohadillas previamente aplicadas o como un semisólido que es más fácil de manejar y aplicar, pero no siempre puede proporcionar una capa de transferencia de calor tan efectiva debido a su grosor predefinido y menos flexibilidad en el rellenosuperficies desiguales.

2. ¿Dónde se pone grasa térmica?

La grasa térmica se aplica en la superficie del procesador (CPU o GPU) antes de unir un dispositivo de enfriamiento como un disipador de calor o un bloque de enfriamiento de líquido.Aplique una capa delgada y uniforme directamente en la superficie del chip donde se genera el calor.Esta capa actúa como un medio para transferir eficientemente el calor del chip al enfriador, optimizando el rendimiento del dispositivo al reducir su temperatura operativa.

3. ¿Cuáles son las desventajas de la grasa térmica?

Aplicar la grasa térmica puede ser desordenada.Requiere precisión, y cualquier exceso de aplicación puede provocar derrames en otros componentes.

Con el tiempo, la grasa térmica puede secarse, perder su conductividad térmica o incluso filtrarse entre las superficies, lo que requiere una reaplicación.

Algunas grasas térmicas contienen materiales conductores que, si se aplican incorrectamente, podrían provocar cortocircuitos o daños a los componentes electrónicos.

4. ¿Cuánto tiempo es bueno para la grasa térmica?

La efectividad de la grasa térmica dura entre 3 y 5 años dependiendo de la calidad de la grasa y las condiciones bajo las cuales opera el dispositivo.Con el tiempo, puede secarse o degradarse debido a los ciclos de calor que sufre, lo que reduce su efectividad en la transferencia de calor.Es aconsejable verificar y reemplazar la grasa térmica si las temperaturas del dispositivo comienzan a aumentar de manera inusual o si el dispositivo ha estado en servicio durante varios años.

5. ¿Cómo se almacena la grasa térmica?

Para garantizar que la grasa térmica mantenga su eficacia, guárdela en un lugar fresco y seco lejos de la luz solar directa.La tapa del tubo de grasa debe apretarse de forma segura para evitar la entrada al aire y el secado de la grasa.Manténgalo en una posición vertical para evitar fugas y asegurarse de que su composición permanezca consistente para una aplicación óptima cuando se use a continuación.Evite las temperaturas extremas, ya que pueden alterar la estructura química de la grasa, afectando su rendimiento.