La "pasta termica"

Per chiarire il problema che assilla molti :

• A cosa serve ?
  Le superfici dei materiali , a meno di avere una finitura estremamente precisa , anche se sembrano molto lisce e piane , a livello microscopico sono molto 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; solo i vertici  delle irregolarità entreranno in contatto diretto e resteranno ampie percentuali di vuoti. Ovviamente è possibile ridurre questi vuoti esercitando una pressione che spiani le irregolarità, ma questo è difficilmente applicabile a materiali 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, ecco che 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, anche se il livello di finitura meccanica , come nel caso delle CPU e dei radiatori, non é il massimo della perfezione
  Dovendo trasmettere il calore con package piccoli (tipo FCPGA ) e potenze elevate (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 al package (contenitore del chip) , passato al radiatore e infine disperso nell' ambiente dalle alette con l'aiuto del flusso d' aria generato dalla ventola (per chi avesse dubbi sul concetto , pensate a termosifoni : la caldaia scalda l'acqua nei termosifoni , il calore passa dall' acqua al metallo e dal metallo all'aria e scalda la stanza).
  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.
  
• Dove é usata ?
   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).
  
• É necessaria ?
  Assolutamente indispensabile. 
  I punti di contatto tra superficie del package e radiatore ci sono, ma non coprono tutta la superficie possibile . Se voglio avere il massimo del trasferimento termico (ovvero CPU piú fredda) devo migliorare al massimo l' accoppiamento termico tra la superficie della CPU ed il radiatore, in modo che la massima quantità di calore passi senza ostacoli dal chip all' ambiente.
  Piú la CPU é calda , piú é necessario che il raffreddamento sia efficiente ed inoltre è da considerare che l' emissione di calore aumenta con la frequenza del clock in modo quadratico : il 386 non aveva bisogno di radiatore , un 486 a 33 andava anche senza , un 486DX4-100 no , un Pentium ha bisogno obbligatorio della ventola , un Pro scaldava come una stufa , un FCPGA ha una superficie di scambio termico molto ridotta con clock elevati e consumi non sempre bassi e senza radiatore si brucia in pochi minuti, una CPU Prescott arriva a dissipare 80W e oltre, ecc. 
  Quindi , nonostante la continua riduzione degli spessori dei chip vale la formula : piú prestazione = piú calore .
  Se poi voglio overclockare , allora il problema del calore é fondamentale , per cui , visto il costo ridicolo che ha la pasta termica , mettiamola sempre e scegliamo i tipi migliori.
  
• Che cosa é chimicamente ?
  Ci sono diverse composizioni chimiche che hanno come caratteristica un buon indice di trasferimento del calore (se volete le formule , OK , ma mi sembra un pó eccessivo..) . Sinteticamente , le principali sono:
  - composti siliconici inorganici
  - composti sintetici non siliconici
  La conducibilità termica è accresciuta addizionando metalli od ossidi metallici, termicamente conduttori, al compound.
  Il colore dipende dal metallo incorporato; é in genere bianco o grigio se addizionato ad ossidi metallici, come quello di Zinco, argenteo se addizionato ad Argento (è il metallo più termicamente conduttivo), 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 costo dei metalli addizionati, che devono avere caratteristiche di purezza particolari. Il loro scopo é quello di essere usate nei casi in cui il composto siliconico ha qualche controindicazione o si desidera avere il migliore accoppiamento ed il massimo trasferimento termico.
  Le paste al biossido di berillio sono spesso sotto forma di collanti epossidici , in quanto questo metallo è estremamente velenoso. Esistono poi altri composti di natura diversa , specialmente con caratteristiche diverse , di colore grigio o bruno , poco comuni.
  Le paste termiche sono fatte per essere distribuite con spatole, pennelli, serigrafia 
  
  
  Alcuni costruttori di radiatori 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 radiatori con già in loco la giusta quantità, deposta nel modo migliore. Le paste termiche, come detto, hanno la caratteristica di rimanere fluide; questa caratteristica le rende facili da rimuovere, anche per errore, maneggiando sbadatamente il radiatore. Ci sono, quindi, altre soluzioni per accoppiare chip e radiatori; 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. 
  
  - 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, con la stessa funzione, ricoperti di polveri termo conduttive; di colore solitamente nero, sono usate 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 caricate con metalli.
  
  - Compound termoconduttivi gommosi, solitamente di colore marronastro o verde, che è difficile danneggiare per distrazione mentre si maneggiano; questi composti si sagomano per effetto del calore e della pressione della molla del radiatore, assumendo 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 (evitando di rigare la superficie del dissipatore !). 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.
  
  
• Dove si trova ?
  Sul listino Internet di questo sito c' è una scelta adeguata di composti , adesivi e liquidi di pulizia.

Superstizioni sulle paste termiche 

Come su tutte le cose poco conosciute , nascono varie superstizioni

• É di colore rosso...
  In molti anni di lavoro non é mai capitato di vedere paste termiche di colore rosso. Nessuno nega che possa esistere , peró ...
  Per contro, 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.
  
• É trasparente...
  Sui colori, vedere la risposta precedente. Non può essere trasparente perchè i metalli con cui è caricata la rendono opaca. Non confondete i compound termoconduttivi con i siliconi usati come adesivi o sigillanti, che sono tutto un altro genere di prodotto (ved. più avanti).
  
• É spray ...
  Assolutamente no . Non é olio lubrificante e tanto meno crema solare !!!
  
• É la stessa che si usa in edilizia per i serramenti o per tappare fessure  ...
  Ohibó, questa é proprio una grossa "fessurìa"! 
  É composto siliconico anche quello , ma é selezionato per l'opposto , ovvero per ISOLARE il calore . Se usate "un silicone per edilizia" correte il rischio di fare un discreto danno, sia perché é un isolante termico e quindi ferma il calore invece di facilitarne il passaggio, sia perché di solito aderisce come collante, asciugandosi, sia perché fino a quando non é asciugato completamente puó essere molto acido, corrosivo (soprattutto quelli acetici) e conduttore elettrico (proprio tutto l'opposto di quello che cerchiamo ...) .
  
• Una volta applicata non si toglie piú
  Ma va ! le paste termiche, che sono progettate per restare fluide e non seccare, possono essere rimosse senza problemi. É chiaro che se si usa un adesivo termico, sicuramente si avranno problemi di distacco delle superfici, ma si tratta di un altro tipo di prodotto . Come consistenza, la maggior parte delle paste termiche somiglia ad una crema per le mani e si elimina con uno straccetto asciutto .
  Volendo fare un lavoro perfetto, esistono appositi liquidi di pulizia, con i quali non si rischia di danneggiare i chip con solventi o manovre sballate.
  Comunque anche le paste termiche, essendo fluide, hanno un certo effetto ventosa per cui il radiatore va tolto dalla CPU non tirando perpendicolarmente, ma con una certa rotazione, altrimenti si corre il rischio di sollevare dallo zoccolo la CPU, che resta attaccata al radiatore.
  Anche le paste più dense, che si sagomano con il calore sulla forma della CPU, si staccano con grandissima facilità.
  Diverso é il caso degli adesivi termoconduttivi, che , essendo "adesivi", una volta messi possono essere molto, molto difficili da togliere ! Ma questa è la loro funzione ! Solo se dovete incollare in modo permanente, ovvero non prevedete la possibilità di "scollare" in futuro, usate un adesivo.  
  
• Bisogna rimetterla periodicamente ...
  Da dove nascano certe informazioni é molto difficile da capire . La pasta termoconduttiva non va "cambiata" ne "aggiornata" in alcun modo : non si consuma !
  
• Piú ne metto e meglio é
  Per niente. Il concetto non é quello di sostituire le superfici di contatto con la pasta , ma di completarle . Per cui basta uno strato sottile e soprattutto uniforme . La pressione della molla di tenuta della ventola poi a fará il resto . Uno spesso strato é controproducente ; la pasta ha lo scopo di accoppiare termicamente le parti, non sostituirsi completamente al contatto tra le superfici.
  
• C' é pericolo di cortocircuiti
  Ma no ! Le  paste termoconduttive per elettronica sono studiate per essere scarsamente acide , non corrosive e non conduttrici di elettricità, anzi, solitamente, sono buoni isolanti elettrici .
  Circola la nozione fasulla che le paste di colore bianco siano non conduttive, mentre quelle "metalliche" no; come al solito è cosa poco sensata : basta ricordare che la maggior parte delle paste "bianche" è pure caricata con metalli; infatti esse devono la loro conduttività termica ad ossidi metallici, come ad esempio l' ossido di Zinco. Eppure non sono buoni conduttori elettrici. Questo vale anche per quelle caricate con metalli pregiati come l' Argento : i produttori curano questo aspetto perchè sarebbe veramente una roulette russa il distribuire fluidi elettricamente conduttori su una scheda elettronica.
  Questo non toglie che é meglio non sbrodolarne un chilo sulla CPU (soprattutto quelle con i condensatori o componenti in vista) , sullo zoccolo o sulla mainboard , perché non semplice da rimuovere da posti scomodi come i pin della CPU o gli alveoli dello zoccolo ZIF: proprio essendo isolante, se sporca pin e contatti, questi non svolgono più la loro funzione e, dato che per pulire simili situazioni ci vuole almeno una vasca ad ultrasuoni, è meglio evitare accuratamente.
  Inoltre il metallo contenuto ne aumenta l' effetto capacitivo, che, sui circuiti a frequenze gigahertz dei processori, si presenta come l' aggiunta di condensatori indesiderati e sconvolge le temporizzazioni dei segnali.