Quite esa grasa de su disipador de calor

He untado el compuesto disipador de calor en los disipadores de calor de aluminio durante 50 años aproximadamente. Mi primera aplicación con compuesto disipador de calor fue cuando construí un horno microondas Heathkit® para mi madre en 1970. Tuve que untar el compuesto disipador de calor en la parte inferior de un módulo de diodo gigante, de 12,000 voltios y 1 amperio, en la fuente de alimentación del magnetrón del horno microondas antes de atornillarlo al chasis de metal pesado del horno. Eso fue cuando no solo se podían reparar los hornos microondas, sino que también se podían construir a partir de un kit, y era más barato hacerlo así. En ese entonces, el horno microondas Heathkit se vendía por $399.95, cuando los hornos ensamblados costaban mucho más aún.

La caja que contenía el kit del horno microondas era tan grande y pesada (97 libras) que la mejor opción parecía ser conducir desde Louisville, Kentucky hasta Benton Harbor, Michigan y recoger el horno en la fábrica de Heathkit, cargarlo en la parte de atrás de la camioneta Pontiac Catalina de 1967 de mi madre y volver a casa al día siguiente. Parece tener aún más sentido si se tiene en cuenta que apenas hace poco había obtenido mi licencia de conducir.

¡Un viaje por carretera!

Esos dos primeros párrafos desbordan anacronismos obsoletos. La fábrica y sala de exhibición Heathkit en Benton Harbor cerró hace mucho tiempo. Al 31 de octubre de 2010, Pontiac cesó sus operaciones; ya no fabrica camionetas Catalina ni ningún otro automóvil. Y usted ya no puede armar hornos microondas a partir de kits, ni tampoco querría hacerlo cuando los que se fabrican ahora son tan baratos.

Sin embargo, el compuesto disipador de calor todavía está con nosotros, a pesar de ser tan inconveniente como lo era hace medio siglo atrás. Es blanco, es pegajoso, y parece adherirse a todo. Y aun así lo seguimos usando porque funciona. De hecho, la llegada de los microprocesadores de alta potencia a las PC ha transformado de manera involuntaria al compuesto disipador de calor en una pieza superior del rompecabezas electrónico. Los compuestos térmicos exóticos y de alto rendimiento con palabras coloridas como "quilate", "diamante" y "plata" en sus nombres son revisados sin cesar y debatidos de manera entusiasta por jugadores de computadora y sobreaceleradores de procesadores, que intentan probar su silicona a la velocidad de reloj más alta posible, con la temperatura de funcionamiento más baja posible.

Entonces, ¿a qué se debe todo el alboroto? ¿Por qué todavía necesitamos un disipador de calor? Comencemos con dos superficies metálicas presionadas una contra la otra (figura 1). Una pieza de metal representa el componente semiconductor y la otra es un disipador de calor. El calor fluye bien a través de la interfaz mecánica entre las dos superficies siempre y cuando sean planas y táctiles, pero las superficies reales nunca son realmente planas. Incluso si se pulen las dos superficies, y los sobreaceleradores serios suelen hacer esto, igual habrá espacios microscópicos. Por dentro, estos espacios casi siempre se llenan de aire, y donde hay intervalos de aire, el calor no fluirá bien porque el aire es un aislante térmico. Por fuera, los espacios se llenan con el vacío, y el vacío es un muy buen aislante. Piense en los termos, que utilizan el vacío como aislante térmico.

Figura 1: El calor fluye fácilmente donde las superficies metálicas se unen, pero no fluye bien donde hay un espacio de aire. (Fuente de la figura: Parker Chomerics)

El compuesto disipador de calor, en uso durante muchas décadas antes de mis propias experiencias, está diseñado para llenar los espacios con una sustancia que conduce el calor mucho mejor que el aire. A lo largo de los años he aprendido uno o dos trucos para aplicar compuestos disipadores de calor .

Primero, use guantes de látex o nitrilo para que el compuesto no se le pegue a los dedos. No, no es instantáneamente mortal, como he visto escrito en algunos de los chats en línea que tratan sobre el uso de compuestos disipadores de calor. Es cierto que algunos compuestos térmicos alguna vez tuvieron berilio, que tiene propiedades térmicas maravillosas y que ahora debería considerarse peligroso, pero los compuestos térmicos de uso generalizado en la actualidad no contienen berilio desde hace muchos años. Sin embargo, los compuestos térmicos actuales todavía son difíciles de quitar de los dedos y de la ropa, así que use guantes y simplemente evite ser descuidado.

En segundo lugar, es preferible que aplique una capa tan delgada como sea posible del compuesto disipador de calor. Está allí para llenar los espacios, no para proporcionar lubricación entre el componente y el disipador de calor. Por lo general, es preferible que la cara metálica del componente generador de calor y el disipador de calor metálico tengan un contacto lo más cercano posible entre sí.

Otro consejo importante que puedo darle es ver que hay una alternativa al compuesto disipador de calor que podría ser más adecuada para su aplicación. Las almohadillas térmicas delgadas de silicona como las almohadillas aislantes CHO-THERM de Parker Chomerics han existido durante décadas, pero últimamente los proveedores de productos de gestión térmica han estado ocupados, en especial, en el desarrollo de todo tipo de alternativas interesantes, debido al gran aumento en la cantidad de semiconductores de alta potencia utilizados en la actualidad.

Si la cantidad de calor que se disipa por un componente es inferior a 25 vatios, hay unas cintas térmicas como la cinta THERMATTACH T411 y la T418 de Parker Chomerics. Estas cintas están recubiertas con adhesivo en ambos lados, por lo que no solo proporcionan un camino térmico entre un componente y su disipador de calor, sino que también reducen o eliminan la necesidad de un hardware sujetador. Además, no son problemáticas.

Las cintas térmicas son fáciles y simples si el disipador de calor y el componente electrónico son planos y ya hacen un buen contacto térmico. Sin embargo, a menudo existen espacios grandes entre el componente generador de calor y el disipador térmico. Para estas situaciones también existen buenas alternativas a los compuestos térmicos. Puede utilizar almohadillas térmicas si los espacios son más grandes. Una almohadilla térmica funciona como una lámina o una cinta térmica, pero es más gruesa y tiene mayor adaptabilidad, por lo que puede acomodarse en espacios de tan solo unos pocos milímetros. Los ejemplos de almohadillas térmicas incluyen las almohadillas de relleno térmicamente conductoras THERM-A-GAP 974 y 976 de Parker Chomerics.

Luego está el material de cambio de fase, como las láminas térmicas ulTIMiFlux de Wakefield-Vette para semiconductores de alta potencia, incluidas las CPU y GPU avanzadas multinúcleo para PC y servidores. Parker Chomerics también fabrica un material de cambio de fase, con la marca THERMFLOW, que está disponible en forma de lámina y que se puede cortar a la medida. Estos materiales también están disponibles precortados para una variedad de paquetes de semiconductores estándar. Simplemente coloque una lámina de material de cambio de fase cortada adecuadamente entre el componente semiconductor y el disipador de calor, y una el emparedado con los sujetadores.

Los materiales de cambio de fase son algo sólidos a temperatura ambiente, por lo que no son difíciles de aplicar; pero se comportan como una grasa térmica después de alcanzar su temperatura de fusión, lo que les permite llenar espacios pequeños. Los materiales de cambio de fase combinan el alto rendimiento térmico de la grasa con el fácil manejo de las almohadillas térmicas "autoadhesivas".

Cuando los espacios son realmente grandes, hay compuestos térmicos de "formación en el lugar" como el THERM-A-FORM deParker Chomerics, un polímero de silicona de dos partes suministrado en un cartucho dispensador de doble cilindro que mezcla las dos partes. El compuesto térmico se endurece después de la aplicación. Los compuestos térmicos pueden ser especialmente útiles cuando un disipador de calor debe adaptar varios componentes generadores de calor de diferentes alturas. Incluso si las alturas de los componentes son muy consistentes y el disipador de calor está fresado de manera precisa para los diferentes componentes, es probable que haya espacios que llenar. La figura 2 ilustra el uso de un compuesto térmico de "formación en el lugar" para acoplar térmicamente un disipador de calor a varios dispositivos electrónicos.

Figura 2: El compuesto térmico llena incluso los espacios grandes, como los que hay cuando un disipador de calor está ajustado a varios dispositivos electrónicos con alturas variables. (Fuente de la imagen: Parker Chomerics)

Finalmente, está la última palabra en productos de interfaz térmica: hojas de grafito, como EYG-S182303DP de Panasonic Electronic Components . Estas láminas de poliéster de grafito extremadamente delgadas tienen una excelente conductividad térmica, mucho mejor que la del cobre, y se pueden cortar para adaptarse a cualquier aplicación. Las hojas de grafito son el último objeto de deseo térmico de la multitud de sobreaceleradores de procesador de PC porque conducen muy bien el calor y son reutilizables, lo cual es importante si usted intercambia procesadores nuevos tan pronto como aparece la próxima generación.

Conclusión

El compuesto disipador de calor todavía está con nosotros, incluso después de muchas décadas. Funciona tan bien como siempre, pero ahora existen muchas buenas alternativas de control térmico que vale la pena investigar. Sin embargo, si continúa utilizando el compuesto disipador de calor, no olvide sus guantes.

Acerca de este autor

Image of Steve Leibson Steve Leibson fue ingeniero de sistemas para HP y Cadnetix, editor en jefe de EDN y Microprocessor Report, blogger tecnológico de Xilinx y Cadence (entre otros), y se desempeñó como experto en tecnología en dos episodios de "The Next Wave with Leonard Nimoy". Ha ayudado a los ingenieros de diseño a desarrollar sistemas mejores, más rápidos y más confiables durante 33 años.
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