A occhio nudo le superfici di contatto tra il core della CPU e il dissipatore possono sembrare lisce e perfettamente piane, in realtà non lo sono. Queste superfici presentano microscopiche imperfezioni o irregolarità. Queste irregolarità possono essere causate da vari fattori, come il processo di fabbricazione o l’usura nel tempo.
Le imperfezioni menzionate impediscono un contatto omogeneo e completo tra il dissipatore e il core della CPU. Di conseguenza, solo alcune parti della superficie del dissipatore effettivamente toccano il core. Questo fenomeno crea degli spazi vuoti, o “pochi punti di contatto”, tra le due superfici come mostrato nell’immagine uno in una sezione del sistema core, pasta termocoduttivia, sistema di raffreddamento.
Un breve indice degli argomenti
- Resistenza termica, conducibiltà termica e vuoti d’aria!
- Un primo esempio di calcolo di conduzione monodimensionale semplificato
- Un secondo esempio di calcolo di conduzione monodimensionale un pò più rigoroso
- Perchè parliamo di calcolo di conduzione monodimensionale del calore?
- Da cosa è composta la pasta termoconduttiva?
- Un processo di produzione semplificato di una pasta termoconduttiva qualsiasi
- Un pò di ricerca e innovazione
- Alcune osservazioni sul cosidetto “Pad termico”
Resistenza termica, conducibilità termica e vuoti d’aria!
La presenza di questi spazi vuoti o discontinuità riduce significativamente l’efficienza del trasferimento di calore dal core alla superficie del dissipatore. Questo perché l’aria presente in questi spazi vuoti è un isolante termico molto meno efficace rispetto al contatto diretto metallo-metallo.
A causa di questa ridotta efficienza nel trasferimento di calore, la resistenza termica complessiva del sistema aumenta. La resistenza termica è un parametro che misura quanto efficacemente il calore viene trasferito da una superficie all’altra. Un aumento della resistenza termica significa che il calore viene dissipato meno efficacemente, potenzialmente portando a temperature più elevate all’interno del core della CPU.
Temperature più elevate possono avere una serie di effetti negativi, come la riduzione delle prestazioni della CPU o, in casi estremi, danni fisici al processore. Questo è il motivo per cui l’applicazione di paste termiche è fondamentale nel montaggio di dissipatori su CPU: questi materiali aiutano a colmare le imperfezioni e migliorare il trasferimento di calore, riducendo così la resistenza termica.
(Il contatto tra due superfici non è privo di irregolarità)
La pasta termoconduttiva è utilizzata per riempire le cavità d’aria, e aumenta la conducibilità termica del sistema diminuendo la possibilità di surriscaldamento del processore. Quando la pasta termoconduttiva riempie queste cavità, elimina l’aria e crea un canale di trasferimento del calore molto più efficiente. La pasta è composta da materiali con elevate proprietà termoconduttive, come composti metallici, ceramici o siliconici, che permettono un migliore trasferimento di calore rispetto all’aria.
Cosa significano i due termini resistenza termica, e conducibilità termica?
Per prima cosa definiamo Il concetto di calore come una grandezza che rappresenta l’effetto dell’iterazione tra due masse che si scambiano energia a causa della loro differenza di temperatura.
Quindi, parliamo brevemente dei tre diversi meccanismi di trasmissione del calore:
- Conduzione
Il calore si propaga senza movimento macroscopico della materia, il trasporto si realizza mediante l’aumento della velocità media delle particelle, dando luogo ad uno scambio di energia cinetica tra atomi e molecole. - Convezione
E’ il meccanismo con il quale il calore si propaga mediante il movimento di parti macroscopiche della materia nello stato fluido. La causa del moto è proprio lo squilibrio locale di temperatura, infatti le zone più calde si dilatano e diminuisce la loro densità rispetto alle zone fredde, ciò provoca una forza risultante verso l’alto. - Irraggiamento
La propagazione del calore avviene per mezzo di onde elettromagnetiche. Questa proprietà esiste sia in presenza che in assenza di materia.
Per un maggior approfondimento sui tre meccanismi di calore appena menzionati leggete il seguente articolo presente nel sito The Megalinux.
Modalità di trasmissione di calore nei sistemi di raffreddamento della CPU
Per quanto concerne l’ambito di questo articolo parliamo del primo meccanismo di trasmissione del calore: la conduzione. Come potrete leggere successivamente si parla essenzialmente di calcoli di conduzione monodimensionale perchè in questo caso, abbiamo considerato che la trasmissione avvenga in un solo verso o direzione: dalla CPU al dissipatore attraverso la pasta termoconduttiva.
Per capire cosa significano i termini conducibilità termica e resistenza termica facciamo un passo in avanti con la sezione successiva: Il calcolo di conduzione monodimensionale.
Un primo esempio di calcolo di conduzione monodimensionale semplificato
Ora, analizziamo un esempio di conduzione monodimensionale (il calore è dimensionalmente importante in una sola direzione, i bordi sono ipoteticamente isolati) a regime stazionario attraverso lo strato di pasta termoconduttiva.
La pasta termoconduttiva è composta da un materiale, che ha uno spessore D, e dalle superfici S1 e S2 di ugual area (superficie inferiore e superiore della pasta termoconduttiva). La superficie S1 è caratterizzata da una temperatura T1, mentre sulla superficie S2, T2 è la temperatura misurata. La quantità di calore espressa in watt (W) che attraversa lo strato di pasta è calcolata dalla seguente equazione:
Q = (lamda/d) * S (T1-T2)
Ove lambda rappresenta la conducibilità termica della pasta termoconduttiva. Come abbiamo già letto, più grande è la conducibilità termica più calore passa. D è lo spessore della pasta in esame misurato in metri, e infine S è l’area misurata in metri quadrati delle due superfici uguali S1 e S2. La conducibilità termica si esprime in W/metri x gradi Kelvin.
La resistenza termica è calcolata dalla seguente equazione:
R = D / lambda
Ove D è lo spessore della pasta termoconduttiva, e lambda è la conducibilità termica della stessa. In linea di massima, tanto maggiore sarà la resistenza termica, tanto minore sarà il flusso di calore trasmesso. La resistenza termica si esprime in metri quadrati x gradi Kelvin/W. L’immagine due vi può aiutare a comprendere il meccanismo di conduzione del calore. Come vedere il calore passa da un corpo (Core della CPU) a temperatura maggiore ad un corpo a temperatura minore (pasta termoconduttiva) e infine dissipatore seguendo la seconda legge della termodinamica in cui il calore passa da a un oggetto caldo a uno freddo fino al raggiungimento dell’equilibrio termico (v. articolo la seconda legge della termodinamica e il concetto di entropia).
(Il meccanismo della conduzione del calore)
Abbiamo compreso cosa significano i termini resistenza termica, e conducibilità termica di un materiale, e ora possiamo valutare con sicurezza le caratteristiche termiche di una buona pasta termoconduttiva. E’ il momento di approfondire con un secondo calcolo la conduzione monodimensionale e introdurre la legge di Fourier per la conduzione del calore.
Un secondo esempio di calcolo di conduzione monodimensionale un pò più rigoroso
Facciamo un altro passi in avanti con questo secondo calcolo e introduciamo la legge di Fourier per la conduzione del calore che afferma che la velocità di trasferimento del calore attraverso un materiale è proporzionale al gradiente di temperatura e all’area attraverso cui il calore si sta trasferendo.
Consideriamo quindi i seguenti passaggi per il calcolo monodimensionale di questo esempio.
Passo 1: i dati necessari
(k): La conducibilità termica della pasta termoconduttiva (es. 0.965 W/m·K). Nel primo esempio abbiamo detto che tale grandezza si esprime Watt/metri per gradi Kelvin.
(A):L’area di contatto tra la CPU e il dissipatore (es. 0.01 m²). L’area (A) rappresenta l’area S menzionata nel primo esempio ora è rappresentata dal simbolo A, tanto per cambiare e rendere il tutto un pò più complicato.
(ΔT):La differenza di temperatura tra la CPU e il dissipatore (es. 10°C). In realtà stiamo parlando delle temperature T1 e T2 del primo esempio.
(d):Lo spessore della pasta termoconduttiva (es. 0.001 m). Lo spessore della pasta termoconduttiva è misurato in metri. In questo caso stiamo parlando di uno spessore di 1 mm.
Passo 2: Formula della conduzione di calore
La legge di Fourier per la conduzione monodimensionale può essere espressa nella seguente.
(1) Q=−k⋅A⋅ΔT/d
Ove Q è la quantità di calore trasferito per unità di tempo attraverso la pasta termoconduttiva.
Passo 3: il calcolo
Il calore tramesso per unità di tempo attraverso la pasta termoconduttiva è calcolato, come già visto, come di seguito mostrato.
Q=−k⋅A⋅ΔT/d
Sostituendo i valori nell’equazione, otteniamo:
Q= - (0.965W/m⋅K) ⋅ (0.01 m²) ⋅ (-10°K / 0.001 m) = 96.5 WIn questo caso la resistenza termica è data dalla seguente, ed è espressa in m^{2}⋅K/W come di seguito descritto.
(2) R = d/k
che risulta uguale a:
R = 0.001 m / (0.965W/m⋅K) = 0.0010362694300518134 m^{2}⋅K/W ossia possiamo arrotondare a 0.00104 m^{2}⋅K/W
E’ ovvio pensare, che a parità di conducibilità termica, nella (2), più aumenta lo spessore, più aumenta la resistenza termica e più diminuisce il passaggio di calore.
Basandoci sui dati forniti e sulla formula della legge di Fourier, il calcolo indica che la quantità di calore trasferito attraverso la pasta termoconduttiva è di 96.5 W (Watt). Questo significa che, sotto le condizioni specificate (conducibilità termica della pasta, area di contatto, differenza di temperatura e spessore della pasta), 96.5 W di calore vengono trasferiti dalla CPU al dissipatore ogni secondo. Questo esempio evidenzia l’importanza di una buona conduzione termica per la gestione del calore in dispositivi elettronici come i computer.
Nota bene, la conducibilità termica è plausibilmente corretta per una pasta termica più o meno da un valore di 0.5 a 10 W/m⋅K. Valore superiori dovrebbero essere verificati!
Dr. LeeMega
Andando a modificare la conducibilità termica con i dati di esempio possiamo costruire il seguente grafico.
(Al cambiare della conducibilità termica aumenta il passaggio di calore)
Nel grafico la conducibilità termica varia da un minimo di 0,95 (W/mK) ad un massimo di 4.0 (W/mK). Come si può vedere il passaggio di calore tra superfici aumentà perchè aumenta la capacità della pasta termoconduttiva di trasferire calore dalla CPU al dissipatore.
Facciamo un ulteriore esercizio e calcoliamo la derivata prima della funzione:
Q = - (k \cdot A \cdot (\Delta T / d))
rispetto alla variabile (k). Questa funzione rappresenta il flusso termico (Q) in funzione della conducibilità termica (k), dove (A) è l’area attraverso la quale avviene il flusso termico, (\Delta T) è la differenza di temperatura, e (d) è lo spessore del materiale. La derivata prima ci dirà come varia il flusso termico (Q) al variare della conducibilità termica (k).
Riscriviamo la funzione (Q) per una maggiore chiarezza.
Q = - k \cdot A \cdot \frac{\Delta T}{d}
Calcoliamo la derivata di (Q) rispetto a (k), tenendo a mente che (A), (\Delta T), e (d) sono considerati costanti in questa operazione di derivazione, dato che stiamo cercando come (Q) cambia al variare di (k).
Quando deriviamo rispetto a (k), (A), (\Delta T), e (d) sono considerati costanti. La derivata di un prodotto di costanti e variabili rispetto a quella variabile è semplicemente il prodotto delle costanti, secondo la regola di derivazione:
\frac{d}{dx} [c \cdot f(x)] = c \cdot \frac{d}{dx}f(x)
dove (c) è una costante e f(x) è una funzione di (x).
Applicando questa regola alla nostra funzione:
- La parte - k \cdot A \cdot (\Delta T / d) può essere vista come il prodotto della variabile (k) con le costanti (A) , (\Delta T) , e (1/d) .
- La derivata di (k) rispetto a (k)è 1, quindi la derivata della nostra funzione (Q) rispetto a (k) è semplicemente il prodotto delle costanti moltiplicate per -1.
Quindi, la derivata prima di (Q) rispetto a (k) è:
\frac{dQ}{dk} = - (A \cdot \frac{\Delta T}{d})
Questa derivata ci dice che per ogni unità di variazione in (k) , il flusso termico (Q) varia di un importo dato dal prodotto delle costanti (A) , (\Delta T), e (1/d), moltiplicato per -1, indicando una relazione lineare tra (Q) e (k).
Con i dati di esempio forniti (A = 0.01 \, \text{m}^2), (\Delta T = -10 \, \text{K}), (d = 0.001 \, \text{m}), il valore della derivata del flusso termico (Q) rispetto alla conducibilità termica (k) è (-100 \, \text{W/K}). Questo significa che per ogni aumento di (1 \, \text{W/m⋅K}) nella conducibilità termica del materiale, il flusso termico attraverso il materiale aumenta (o, in questo caso specifico, diminuisce a causa del segno negativo, che riflette la direzione del flusso di calore considerata nell’esempio) di (100 \, \text{W}), mantenendo costanti gli altri parametri. Questo conferma la relazione lineare tra il flusso termico e la conducibilità termica, evidenziando come la capacità di un materiale di trasferire calore sia direttamente proporzionale alla sua conducibilità termica.
In termini più pratici, questo significa che l’efficienza con cui il calore viene trasferito attraverso un materiale (in termini di quanto calore passa attraverso il materiale per unità di tempo) aumenta linearmente con l’aumentare della sua conducibilità termica. L’incremento del flusso termico è proporzionale all’area esposta e alla differenza di temperatura attraverso il materiale, e inversamente proporzionale allo spessore del materiale stesso. Questa relazione lineare sottolinea come materiali con una maggiore conducibilità termica siano più efficaci nel trasferire calore, rendendoli scelte privilegiate per applicazioni che richiedono un’efficace dissipazione del calore, come nei sistemi di raffreddamento o in materiali isolanti progettati per minimizzare le perdite termiche.
In definitiva, se dovessimo valutare l’efficienza di una pasta termoconduttiva bisogna considerare la sua conducibilità termica. La conducibilità termica, espressa in watt per metro kelvin (W/m·K), indica la capacità di un materiale di condurre calore.
Una pasta termoconduttiva con elevata conducibilità termica riduce la resistenza termica all’interfaccia tra le due superfici, permettendo un migliore allontanamento del calore dalla fonte (come un chip di CPU o GPU) al dissipatore. Ciò può contribuire a mantenere temperature operative più basse, migliorando le prestazioni e la durata del componente raffreddato.
Oltre alla conducibilità termica, possono essere considerati anche altri fattori quando si valuta una pasta termoconduttiva, come la densità, la viscosità (che influisce sulla facilità di applicazione e sulla formazione di uno strato uniforme), e la durabilità nel tempo (alcune paste possono seccarsi o degradarsi, riducendo la loro efficacia). Tuttavia, la conducibilità termica rimane il parametro chiave per valutarne l’efficienza nel trasferimento di calore.
Quando si stabilisce una scala di valutazione per la conducibilità termica delle paste termoconduttive, è importante considerare che queste possono variare significativamente nelle loro proprietà, a seconda della loro composizione chimica e della presenza di particelle metalliche o ceramiche che migliorano il trasferimento di calore. Le paste termoconduttive comunemente utilizzate hanno una conducibilità termica che varia da circa 0.5 W/m·K per quelle di base, a oltre 10 W/m·K per prodotti di alta gamma contenenti particelle metalliche o composti avanzati.
Perchè parliamo di calcolo di conduzione monodimensionale del calore?
Il termine “calcolo di conduzione monodimensionale” si riferisce a un’analisi della conduzione del calore che assume che il trasferimento di calore avvenga in una sola direzione. Questo tipo di modello è spesso utilizzato in situazioni in cui le dimensioni di un oggetto in una direzione sono molto più piccole rispetto alle altre due, rendendo ragionevole ignorare la conduzione del calore nelle altre direzioni. L’esempio, che coinvolge la conduzione del calore attraverso la pasta termoconduttiva tra la CPU e il dissipatore, è un esempio classico di conduzione monodimensionale.
In questo contesto, stiamo considerando il trasferimento di calore solo nella direzione dello spessore della pasta termoconduttiva (da una faccia della pasta all’altra). Ciò significa che stiamo ignorando qualsiasi trasferimento di calore che potrebbe avvenire lateralmente all’interno della pasta. Questo approccio è ragionevole perché lo spessore della pasta (nell’ordine dei millimetri o meno) è molto più piccolo rispetto alle dimensioni dell’area di contatto tra la CPU e il dissipatore. Pertanto, il gradiente di temperatura (e quindi il flusso di calore) è predominante in quella direzione.
In pratica, questo significa che la nostra analisi è focalizzata sulla conduzione attraverso lo spessore della pasta, supponendo che ci sia una distribuzione uniforme della temperatura sulla sua superficie, il che non è sempre vero, ma è una buona approssimazione per molti casi pratici, specialmente in ingegneria.
In sintesi, il “calcolo di conduzione monodimensionale” è un modello semplificato che permette di analizzare il trasferimento di calore in sistemi in cui una dimensione è significativamente più piccola delle altre, permettendo di concentrarsi sul flusso di calore in quella singola direzione.
Da cosa è composta la pasta termoconduttiva?
La pasta termoconduttiva è un materiale progettato per migliorare il trasferimento di calore tra due superfici, come una CPU e un dissipatore di calore. È composta da una matrice di base, che può essere siliconica o non siliconica, miscelata con vari materiali conduttivi per aumentarne la conducibilità termica. Ecco i componenti tipici di una pasta termoconduttiva. In pratica si parla di una matrice di base, di uno o più materiali conduttivi e di additivi e stabilizzanti come di seguito descritto.
1. Matrice di Base
La matrice di base della pasta termoconduttiva serve come supporto per i materiali conduttivi e influisce sulla manipolazione e sulla stabilità della pasta. Ci sono due tipi principali di basi utilizzate:
- Siliconica
- Composizione
I composti siliconici sono polimeri basati su silicio con atomi di ossigeno e altri elementi organici. Sono noti come polidimetilsilossano (PDMS) o semplicemente come silicone. - Proprietà
Questi composti sono elastici, stabili e mantengono le loro proprietà fisiche attraverso un’ampia gamma di temperature. Sono anche resistenti all’acqua, ai prodotti chimici e all’ossidazione. - Isolamento Elettrico
I composti siliconici sono eccellenti isolanti elettrici, il che è importante per prevenire cortocircuiti nelle applicazioni elettroniche. - Applicazioni
Sono spesso usati in ambienti dove la stabilità e l’isolamento elettrico sono prioritari, come nelle apparecchiature elettroniche di consumo o nei computer.
- Composizione
- Non Siliconica
- Composizione
Le basi non siliconiche possono includere polimeri sintetici come poliuretano, resine epossidiche o vari tipi di oli sintetici. - Proprietà
Questi materiali possono offrire una migliore conducibilità termica rispetto ai siliconi e possono essere formulati per avere una minore resistenza termica. Tuttavia, possono non essere stabili come i siliconi a temperature estreme o potrebbero degradarsi più rapidamente nel tempo. - Resistenza al Calore
Alcuni composti non siliconici possono sopportare temperature più elevate prima di degradarsi, il che può essere vantaggioso in applicazioni industriali o ad alte prestazioni. - Applicazioni
Le basi non siliconiche sono spesso scelte per applicazioni ad alte prestazioni dove la massima conducibilità termica è essenziale, come in alcuni sistemi di raffreddamento per data center o apparecchiature specializzate.
- Composizione
Le basi siliconiche e non siliconiche hanno entrambe i loro vantaggi e svantaggi, e la scelta tra di esse dipenderà dall’ambiente operativo specifico, dalle esigenze di prestazione termica e dalle considerazioni di sicurezza elettrica. In generale, i siliconi sono più versatili e ampiamente utilizzati, mentre i non siliconici possono essere preferiti in ambienti di nicchia dove le prestazioni termiche superano le altre considerazioni.
La scelta tra composti siliconici e sintetici spesso dipende dall’applicazione specifica, dal budget e dalla conducibilità termica richiesta. I composti sintetici tendono a essere più costosi ma offrono prestazioni termiche superiori, mentre quelli siliconici sono più economici e sono spesso più che adeguati per l’uso generico. Inoltre, la manipolazione e la facilità di applicazione possono influenzare la scelta del tipo di pasta termica.
2. Materiali Conduttivi:
- Particelle Metalliche
- Argento
L’argento è uno dei migliori conduttori di calore e viene spesso utilizzato nelle paste termiche di alta qualità. Nonostante il costo più elevato, l’argento offre una conducibilità termica eccellente. - Alluminio
Meno costoso dell’argento e con buone proprietà termiche, l’alluminio è comunemente usato nelle paste termoconduttive per un buon compromesso tra costo e performance. - Rame:
Anche il rame ha una conducibilità termica molto alta, leggermente inferiore all’argento ma superiore all’alluminio, e viene utilizzato in molte applicazioni termiche.
- Argento
- Questi metalli possono essere utilizzati in forma di particelle finemente macinate per creare un percorso conduttivo attraverso la matrice della pasta, migliorando così il trasferimento di calore tra le superfici.
- Ossidi Metallici
- Ossido di Zinco (ZnO)
Questo composto è popolare nelle paste termiche perché, pur essendo un buon conduttore di calore, è elettricamente isolante. Questo lo rende sicuro per l’uso in applicazioni in cui il contatto accidentale con componenti elettrici potrebbe altrimenti causare cortocircuiti. - Ossido di Alluminio (Al2O3)
Simile all’ossido di zinco, l’ossido di alluminio è un isolante elettrico con buone proprietà termiche e viene spesso utilizzato nelle paste termiche per applicazioni elettroniche.
- Ossido di Zinco (ZnO)
- Nanoparticelle
- Nanotubi di Carbonio
Questi materiali hanno una straordinaria conducibilità termica e sono utilizzati in alcune delle paste termiche più avanzate e di più alto livello. Offrono anche una buona conducibilità elettrica, il che potrebbe non essere desiderabile in tutte le applicazioni. - Grafene:
Anche il grafene è noto per la sua eccezionale conducibilità termica e sta trovando applicazione in nuovi tipi di paste termiche di fascia alta.
- Nanotubi di Carbonio
- Composti Ceramici
- Nitruri e Boridi
I composti ceramici come il nitruro di boro e il boride di magnesio sono utilizzati per le loro proprietà termiche e di isolamento elettrico. Forniscono una buona conducibilità termica senza il rischio di cortocircuiti.
- Nitruri e Boridi
Il ruolo dei materiali conduttivi nella pasta termoconduttiva è di colmare le microscopiche irregolarità della superficie tra la CPU e il dissipatore, permettendo un trasferimento di calore più efficace. La dimensione, la forma e la distribuzione di questi materiali all’interno della matrice della pasta influenzano direttamente la conducibilità termica complessiva del prodotto. Le paste con una maggiore concentrazione di particelle conduttive tendono ad avere una conducibilità termica migliore, ma devono anche mantenere una consistenza che permetta un’applicazione facile e una buona aderenza tra le superfici.
3.Additivi e Stabilizzanti
- Gli additivi
sono sostanze chimiche aggiunte in piccole quantità alla pasta termoconduttiva per conferire o migliorare certe proprietà.- Anti-ossidanti
Proteggono le particelle metalliche nella pasta dall’ossidarsi, il che potrebbe ridurne la conducibilità termica. - Anti-corrosivi
Prevengono la corrosione dei componenti metallici della pasta, soprattutto quando sono a contatto con superfici metalliche come il dissipatore o il core della CPU. - Anti-sedimentazione
Aiutano a mantenere sospese uniformemente le particelle conduttive all’interno della matrice, prevenendo la loro sedimentazione che potrebbe portare a un calo delle prestazioni nel tempo. - Plastificanti:
Migliorano la malleabilità e la spalmabilità della pasta, rendendola più facile da applicare e garantendo un migliore contatto tra le superfici.
- Anti-ossidanti
- Gli stabilizzanti
aiutano a mantenere la consistenza della pasta termoconduttiva nel tempo, impedendo la separazione dei componenti o il degrado che potrebbero alterarne le proprietà.- Agenti di spessimento
Incrementano la viscosità della pasta, evitando che diventi troppo liquida o che coli via dalle superfici che deve proteggere. - Stabilizzanti UV
Proteggono la pasta dall’indebolirsi o dal degradarsi sotto l’esposizione alla luce ultravioletta, il che è particolarmente importante per applicazioni esposte alla luce solare o a fonti intense di UV.
- Agenti di spessimento
La composizione precisa e la concentrazione di questi additivi e stabilizzanti variano a seconda della formula specifica della pasta termoconduttiva e del suo scopo di utilizzo. Il loro obiettivo è quello di ottimizzare le prestazioni termiche del prodotto e assicurare che mantenga quelle prestazioni per tutta la durata di vita del dispositivo in cui viene utilizzato.
Un processo di produzione semplificato di una pasta termoconduttiva qualsiasi
Non che questo sia un argomento di interesse generale, ma volevo affrontare anche questo aspetto nel modo più semplice e chiaro possibile.
Di seguito le fasi di produzioni di una pasta termoconduttiva. E’ interessante sapere come quest’ultima viene prodotta.
- Preparazione dei Materiali
- Un operatore dovrebbe preparare i materiali di base per esempio un PDMS (polidimetilsilossano), un ossido metallico, e qualche additivi e/o stabilizzante).
- Miscelazione
- I materiali vengono inseriti in un mixer industriale.
- Un operatore avvia il processo di miscelazione per ottenere una consistenza omogenea.
- Deaerazione
- La pasta miscelata viene trasferita in un deaeratore per rimuovere le bolle d’aria.
- Controllo Qualità
- Dopo la deaerazione, la pasta viene testata per proprietà come conducibilità termica, resistenza elettrica e viscosità.
- Confezionamento
- La pasta che supera i test di qualità viene poi confezionata in siringhe o tubetti.
- Stoccaggio e Distribuzione
- Il prodotto finito viene immagazzinato e poi distribuito.
(Processo di creazione di una pasta termoconduttiva)
(Esempio semplificato del processo produttivo di una pasta termoconduttiva)
La pasta termoconduttiva risultante sarebbe adatta per applicazioni generali e potrebbe essere utilizzata in una vasta gamma di dispositivi elettronici per migliorare il trasferimento di calore tra componenti. La scelta di componenti non tossici e sicuri è importante per ridurre l’impatto ambientale e garantire la sicurezza degli utenti.
E’ sicuramente interessante come tutto ciò potrebbe far pensare di aprire una propria Startup consideranto il processo di trasformazione molto semplice. Beh, cosa aspettate?
Un pò di ricerca e innovazione
- Microcapsule a Cambiamento di Fase
Incorporare microcapsule contenenti materiali a cambiamento di fase (PCM) che possono assorbire calore quando la CPU raggiunge temperature elevate, e rilasciarlo quando la temperatura si abbassa. - Materiali Bio-based
Esplorare l’uso di materiali biologici come fonte di base o come additivi. Ad esempio, alcuni tipi di cellulosa o altre biomasse potrebbero avere proprietà desiderabili per la stabilità termica. - Additivi di Conduttività Ionica
Sperimentare con additivi che possano trasportare il calore attraverso il movimento di ioni, simile a come alcuni elettroliti operano in soluzioni.
Come avete visto si tratta di innovazioni tecnologiche alquanto sperimentali. Vi lascio i seguenti link di approfondimento.
Phase Change Material (PCM) Microcapsules for Thermal Energy Storage
Alcune osservazioni sul cosidetto “Pad termico”
Alcuni produttori di sistemi di raffreddamento applicano un pad termico sulla superficie inferiore dei dissipatori. Da alcune prove, si è evidenziato come il pad termico aumenta il valore di resistenza termica del sistema di dissipazione, diminuendo così la capacità di scambiare calore. Ovviamente, si tratta di una conclusione discutibile supportata solo da alcuni test che abbiamo condotto.
(Il Pad termico aumenta il valore della resistenza termica)
L’immagine precedente è un pò datata, ma il dissipatore è assolutamente eccezzionale!
Riferimenti contestuali ad altri articoli del sito The Megalinux
Modalità di trasmissione di calore nei sistemi di raffreddamento della CPU
la seconda legge della termodinamica e il concetto di entropia
Conclusione
L’articolo è giunto al termine e penso di aver affrontato quasi tutti gli aspetti sulla pasta termoconduttiva. Come al solito, per eventuali domande, integrazioni e correzioni inviate un e-mail a webmaster@megalinux.cloud.
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