Pytanie, czy zastosować pastę termoprzewodzącą, czy termopady (pady termoprzewodzące), nie posiada jednej uniwersalnej odpowiedzi – wybór zależy bezpośrednio od specyfiki konkretnego zastosowania, geometrii połączenia oraz warunków pracy komponentów. Prawidłowo dobrany materiał termoprzewodzący pozwala uzyskać niższe temperatury pracy, większą stabilność systemu, mniejsze ryzyko przegrzewania oraz dłuższą żywotność podzespołów.
Pasta termoprzewodząca – mechanizm działania i rodzaje
Pasta termoprzewodząca to półpłynny materiał o wysokiej przewodności cieplnej, wyznaczony do stosowania pomiędzy dwoma powierzchniami o bardzo wysokim stopniu dopasowania geometrycznego – najczęściej między procesorem (CPU) lub układem graficznym (GPU) a radiatorem. Zasadniczym zadaniem pasty jest wypełnienie mikronierówności powierzchni niewidocznych dla oka oraz eliminacja pęcherzyków powietrza, które tworzą naturalną barierę izolacyjną dla przepływu ciepła. Dzięki minimalnej grubości uzyskanej spoiny pasta zapewnia najniższy opór cieplny i najwyższą efektywność chłodzenia.
W zależności od wymagań danej aplikacji na rynku stosuje się następujące warianty past termoprzewodzących:
- Pasty ceramiczne – zawierające tlenek glinu lub tlenek cynku; nie przewodzą prądu elektrycznego, są bezpieczne w użytkowaniu i łatwe w aplikacji.
- Pasty z ciekłym metalem – oparte na płynnych stopach galu, indu i cyny; charakteryzują się bardzo wysoką wydajnością chłodzenia, lecz przewodzą prąd i mogą reagować z aluminium.
- Pasty diamentowe oraz metalowe – wykorzystujące syntezowane cząsteczki diamentu lub drobinki srebra, miedzi i aluminium, przeznaczone do stacji roboczych i urządzeń dużej mocy.
- Pasty silikonowe i z nanomateriałami – w tym rozwiązania wzbogacone o grafen lub nanorurki węglowe, cechujące się wysoką stabilnością parametrów w czasie i równomiernym transportem ciepła.
- Pasty specjalistyczne – przeznaczone do tranzystorów mocy, falowników, zasilaczy oraz dysków SSD M.2 NVMe (zapobiegające zjawisku thermal throttlingu) i pamięci VRAM.
Wartości przewodności cieplnej past wahają się od 0,88 W/mK w uniwersalnych seriach silikonowych (np. H, H2, H3), poprzez 2,8 W/mK (HPX), 3,1 W/mK (Copper), 3,57 W/mK (Gold), >3,8 W/mK (Silver), >6 W/mK (eXtreme), aż do 15,2 W/mK w zaawansowanych pastach z nanocząsteczkami węgla (Carbon).
Termopady – charakterystyka i elastyczna kompensacja szczelin
Termopad (pad termoprzewodzący) to elastyczna podkładka wykonana z materiałów przewodzących ciepło, która łączy funkcję przekazywania energii cieplnej z kompensacją przestrzeni montażowej pomiędzy elementami. W przeciwieństwie do pasty termoprzewodzącej termopad potrafi wypełniać większe szczeliny i nierówności, sięgające od ułamków milimetra do kilku milimetrów. Pady charakteryzują się ściśliwością, łatwością montażu oraz długotrwałym zachowaniem właściwości bez ryzyka szybkiego wysychania. Powszechnie stosuje się je na pamięciach VRAM, sekcjach zasilania (VRM), modułach LED, sterownikach i układach mocy.
Wśród podstawowych typów termopadów wyróżnia się:
- Pady silikonowe – elastyczne podkładki stosowane w elektronice użytkowej, kartach graficznych i zasilaczach.
- Pady bezsilikonowe – wykorzystywane głównie w przemyśle i urządzeniach medycznych ze względu na brak zjawiska „bleeding” (wydzielania olejów silikonowych).
- Pady grafitowe, zmiennofazowe i ceramiczne – cechujące się m.in. bardzo wysoką przewodnością w płaszczyźnie, zmienną plastycznością w temperaturze pracy lub wysokonapięciową izolacją elektryczną.
Istotnym kryterium podziału jest również obecność warstwy klejącej. Termopady z dwustronną warstwą klejącą zapewniają równocześnie transfer ciepła i mocowanie elementu, pracując w zakresie temperatur od -60°C do 200°C przy gęstości 2–3 g/cm³ i grubościach 1 mm, 2 mm, 3 mm. Z kolei termopady bez kleju, dostarczane m.in. w grubościach 0,3 mm i 0,5 mm, umożliwiają bezproblemowy demontaż, co predysponuje je do prac prototypowych, działów R&D oraz zastosowań serwisowych.
Częstym błędem popełnianym przy doborze termopadów jest sugerowanie się wyłącznie wysoką przewodnością cieplną. W praktyce różnica pomiędzy termopadem o przewodności 8 W/mK a 15 W/mK często ma mniejsze znaczenie niż precyzyjny dobór prawidłowej grubości, która decyduje o właściwym kontakcie termicznym między podzespołami.
Porównanie i wytyczne aplikacyjne
Pasta termoprzewodząca jest najlepszym rozwiązaniem w sytuacjach, gdy powierzchnie stykają się niemal idealnie, a szczelina montażowa jest minimalna – przy montażu procesorów CPU, układów GPU, w serwerach oraz w komputerach przeznaczonych do overclockingu.
Termopady stanowią wybór optymalny, gdy konieczne jest wypełnienie większej przestrzeni, zapewnienie izolacji elektrycznej, szybki montaż lub gdy urządzenia często zmieniają położenie (np. laptopy, tablety, smartfony), gdzie zachowanie stałej pozycji materiału jest kluczowe dla stabilności chłodzenia.
W nowoczesnych konstrukcjach elektronicznych oba rozwiązania bardzo często współpracują ze sobą w układzie hybrydowym – pasta odpowiada za chłodzenie procesora i układu graficznego, natomiast termopady odprowadzają ciepło z pamięci VRAM oraz sekcji zasilania VRM.
Wybór pomiędzy pastą termoprzewodzącą a termopadem zależy od konstrukcji urządzenia, wielkości szczeliny oraz oczekiwanej wydajności układu chłodzenia. Właściwe dopasowanie materiału termoprzewodzącego gwarantuje zachowanie stabilnych warunków pracy oraz wydłużenie bezawaryjnej eksploatacji podzespołów elektronicznych.
Źródło: AG TermoPasty Grzegorz Gąsowski
Więcej na termopasty.com
