Elimina il grasso da quel dissipatore di calore

Sono circa 50 anni che spalmo composto di dissipazione sui dissipatori di calore in alluminio. La mia prima esperienza con un composto di dissipazione risale al 1970, quando ho costruito un forno a microonde Heathkit® per mia madre. Ho dovuto spalmare il composto sul fondo di un gigantesco (12.000°V) modulo a diodi da 1°A nell'alimentazione del magnetron del forno a microonde prima di imbullonarlo al suo telaio in metallo. Erano tempi in cui non solo i forni a microonde si potevano riparare, ma per risparmiare era addirittura possibile costruirli da un kit. Il forno a microonde Heathkit era venduto a USD 399,95 ma montato veniva a costare anche di più.

La scatola che conteneva il kit per il microonde era così grande e pesante (circa 44 kg) che mi sembrò più pratico e conveniente partire da Louisville, Kentucky, alla volta di Benton Harbor, Michigan, prendere il forno allo stabilimento Heathkit, caricarlo nella station wagon Pontiac Catalina del 1967 e tornare a casa il giorno successivo. Una scelta ancor più sensata considerato che avevo appena preso la patente.

Un bel viaggio!

Questi primi due paragrafi trasudano di anacronismi fuori moda. Lo stabilimento Heathkit e il salone espositivo di Benton Harbor hanno chiuso tanto tempo fa. Il 31 ottobre del 2010 anche la Pontiac ha chiuso e non produce più le station wagon Catalina, né altri modelli di auto. Anche i forni a microonde non si costruiscono più dai kit. D'altronde non verrebbe più in mente a nessuno ora che sono così economici.

Il composto di dissipazione del calore, tuttavia, è utilizzato tuttora, nonostante sia ancora tanto poco pratico come 50 anni fa. È bianco, appiccicoso e sembra che vada ad imbrattare qualsiasi cosa. Ma continuiamo a usarlo perché funziona. L'avvento dei microprocessori ad alta potenza nei PC senza volerlo ha trasformato il composto di dissipazione del calore in un pezzo ricercato del puzzle dell'elettronica. Composti termici esotici ad elevate prestazioni, dai nomi pittoreschi che comprendono parole come "carato", "diamante" e "argento" vengono continuamente recensiti e costituiscono oggetto di dibattiti entusiastici da parte dei gamer e dei patiti di overclock dei processori, che cercano di far raggiungere ai loro componenti in silicio la massima velocità di clock con la minor temperatura di funzionamento possibile.

Qual è il punto allora? Perché abbiamo ancora bisogno di un composto di dissipazione del calore? Cominciamo da due superfici metalliche premute una contro l'altra (Figura 1). Un pezzo di metallo rappresenta il componente semiconduttore e l'altro è il dissipatore di calore. Il calore scorre facilmente attraverso l'interfaccia metallica tra i due dove le superfici sono piane e in contatto, ma le superfici reali non sono mai realmente piane. Anche se le superfici vengono fresate, e chi è ossessionato dall'overclock spesso lo fa, saranno comunque presenti microscopici interstizi. Sulla terra, questi interstizi verranno quasi sempre riempiti di aria e dove vi sono traferri il calore non scorre bene perché l'aria è un isolante termico. Nello spazio, questi interstizi vengono riempiti di vuoto e il vuoto è decisamente un ottimo isolante. Pensate ai thermos. Sfruttano il vuoto come isolante termico.

Figura 1: Il calore scorre facilmente dove le superfici metalliche si incontrano ma non altrettanto dove c'è un traferro. (Immagine per gentile concessione di Parker Chomerics)

Il composto di dissipazione del calore, in uso già da molti decenni prima che io ci lavorassi, è concepito per riempire gli interstizi con una sostanza che conduce il calore molto meglio dell'aria. Negli anni ho imparato qualche trucchetto per applicarlo.

Come prima cosa, utilizzate guanti in lattice o nitrile per evitare che la sostanza si appiccichi alle vostre dita. Non provoca un colpo apoplettico come ho letto in alcune chat online che si occupano dell'utilizzo di questo composto. È vero che un tempo alcuni composti termici contenevano berillio, una sostanza che ha proprietà termiche straordinarie e che oggi verrebbe considerata pericolosa, ma oggi, e da molti anni a questa parte, i prodotti di questo tipo di uso generale non lo contengono. I composti di oggi sono comunque difficili da rimuovere dalle dita e dagli abiti, perciò indossate i guanti e fate attenzione.

In secondo luogo, applicate uno strato di composto il più sottile possibile. Serve per riempire gli interstizi, non per lubrificare la superficie tra il componente e il dissipatore di calore. Nella maggior parte dei casi, farete in modo che la superficie metallica del componente che genera calore e il dissipatore di calore siano il più possibile a contatto tra di loro.

Un altro consiglio importante è di vedere se esiste un'alternativa all'utilizzo del composto di dissipazione, che può essere più adatta a ciò che state facendo. Sottili piazzole termiche in silicone come CHO-THERM di Parker Chomerics sono sul mercato da decenni ma recentemente i fornitori di prodotti per la gestione termica si sono dati un bel po' da fare a sviluppare interessanti alternative di ogni tipo, spinti dal notevole aumento di semiconduttori ad alta potenza in uso attualmente.

Se la quantità di calore dissipato da un componente è inferiore a 25 W, esistono nastri termici come THERMATTACH T411 e T418 di Parker Chomerics. Sono nastri rivestiti di adesivo su entrambi i lati perciò, oltre a fornire un percorso termico tra il componente e il suo dissipatore di calore, riducono o eliminano il ricorso alla minuteria di fissaggio. E poi non creano disordine.

I nastri termici rappresentano una soluzione semplice e facile da usare se il dissipatore di calore e il componente elettronico sono piani e il contatto termico tra di loro è buono. Spesso, tuttavia, tra il componente che genera calore e il dissipatore vi sono interstizi importanti. Anche per queste situazioni esistono soluzioni alternative ai composti termici. Quando gli interstizi sono più grandi si possono usare le piazzole termiche. Una piazzola termica funziona come un foglio o un nastro termoconduttivo ma è più spesso e più conformabile, perciò è utilizzabile anche in interstizi di qualche millimetro. Esempi di piazzole termiche sono i gap filler termoconduttivi THERM-A-GAP 974 e 976 di Parker Chomerics.

Poi vi sono i materiali a cambiamento di fase come i fogli termoconduttivi ulTIMiFlux di Wakefield-Vette per semiconduttori ad alta potenza, tra cui le CPU e GPU dei PC multicore e dei server. Parker Chomerics produce anche un materiale a cambiamento di fase commercializzato con il marchio THERMFLOW disponibile sotto forma di foglio da tagliare su misura. È un materiale proposto anche in forma fustellata per un certo numero di contenitori standard per semiconduttori. È sufficiente inserire un foglio di materiale a cambiamento di fase tagliato alle dimensioni giuste tra il componente semiconduttore e il dissipatore di calore e unire gli strati con dei fissaggi.

I materiali a cambiamento di fase hanno una consistenza quasi solida a temperatura ambiente perciò non sono fastidiosi da applicare, ma il loro comportamento è simile a quello del grasso termico quando raggiungono la temperatura di fusione e possono riempire anche gli interstizi. I materiali a cambiamento di fase coniugano le elevate prestazioni termiche del grasso con la facilità di manipolazione delle piazzole termiche adesive.

Quando gli interstizi sono veramente grandi vi sono composti termici conformabili in sede come THERM-A-FORM di Parker Chomerics, un polimero siliconico a due parti disponibile sotto forma di cartuccia erogatrice a due tubi che miscela i due componenti. Il composto termico polimerizza dopo l'applicazione. I composti termici sono particolarmente utili quando un dissipatore di calore deve gestire diversi componenti che generano calore di altezze diverse. Anche se l'altezza dei componenti è molto uniforme e il dissipatore di calore è stato fresato con precisione in base ai diversi componenti, vi saranno ancora molto probabilmente degli interstizi da riempire. La figura 2 illustra l'uso di un composto termico conformbile in sede per l'accoppiamento termico di un dissipatore con diversi dispositivi elettronici.

Figura 2: Il composto termico riempie persino gli interstizi grandi, come quelli che si presentano quando un dissipatore di calore viene collegato a diversi dispositivi elettronici di altezze variabili. (Immagine per gentile concessione di Parker Chomerics)

Infine c'è l'ultimo ritrovato in fatto di prodotti per l'interfaccia termica: i fogli in grafite, come EYG-S182303DP di Panasonic Electronic Components. Sono fogli in poliestere con un sottilissimo strato di grafite dotati di un'eccellente conducibilità termica, molto superiore a quella del rame, che possono essere tagliati su misura in base alla necessità. I fogli in grafite sono molto ambiti dai patiti di overclock dei processori, perché conducono il calore molto bene e sono riutilizzabili, fatto importante per chi pensa di sostituire i processori non appena si affaccia una nuova generazione.

Conclusione

Il composto di dissipazione del calore è ancora in servizio dopo molti decenni di impiego. Funziona bene come prima, ma oggi esistono molte alternative per il controllo termico degne di studio. Se comunque preferite continuare a usare il composto di dissipazione del calore, non dimenticate i guanti!

Informazioni su questo autore

Image of Steve Leibson Steve Leibson è stato System Engineer per HP e Cadnetix, Editor in Chief per EDN e Microprocessor Report, blogger tecnologico per Xilinx e Cadence (solo per citarne alcuni), e ha collaborato come esperto di tecnologia in due episodi di "The Next Wave with Leonard Nimoy". Da 33 anni collabora con molti progettisti allo sviluppo di sistemi migliori, più veloci e più affidabili.
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