Las propiedades del thermal pad (almohadilla térmica)
Detalles sobre las propiedades del thermal pad y cómo encontrar el mejor según tus necesidades.
01/03/2024
Propiedades
Normalmente, cuando buscamos comprar un thermal pad solemos encontrarnos con dos características fundamentales: W/mK, que significa vatios por metro-Kelvin e indica la capacidad de un material para conducir calor, es decir, la velocidad a la que el calor se propaga a través de él, y el grosor, normalmente, en milímetros. Hay muchas otras propiedades que no tenemos en cuenta y por lo general, tampoco las vamos a encontrar en los detalles o descripción del producto.
Otras propiedades
- Coeficiente de Dilatación Térmica: es una medida que describe cómo cambia la longitud, área o volumen de un material en respuesta a cambios de temperatura. Cada material reacciona de manera única a variaciones térmicas, y el coeficiente de dilatación térmica expresa la magnitud de esta respuesta.
- Compresibilidad: se refiere a la capacidad para adaptarse y llenar los espacios microscópicos entre la superficie del componente y el disipador de calor. Una buena compresibilidad asegura un contacto óptimo para la transferencia de calor.
- Aislamiento Eléctrico: aunque su función principal es conducir el calor, algunos thermal pads también actúan como aislantes eléctricos para prevenir cortocircuitos en caso de contacto entre componentes cercanos.
- Compatibilidad Química: debe ser químicamente compatible con los materiales circundantes para evitar reacciones adversas o degradación del thermal pad con el tiempo.
- Densidad: se refiere al peso del material por unidad de volumen. Los thermal pads más densos suelen tener una mejor conductividad térmica, pero también pueden ser más caros y difíciles de instalar.
- Estabilidad dimensional: se refiere a la capacidad del thermal pad para mantener su forma y tamaño durante un largo periodo de tiempo. Los thermal pads de alta calidad suelen tener una buena estabilidad dimensional, lo que significa que no se encogerán ni se deformarán con el tiempo.
¿Cuál es la relación entre compresibilidad y densidad?
Generalmente, la compresibilidad y la densidad de un material están relacionadas, pero no necesariamente de manera directa.
Normalmente, hay una relación inversa entre la compresibilidad y la densidad. Es decir, materiales menos densos tienden a ser más compresibles, y materiales más densos tienden a ser menos compresibles. Esto se debe a que la densidad está relacionada con la cantidad de material presente en un volumen determinado.
En el caso de los thermal pads, que son materiales diseñados específicamente para proporcionar una interfaz térmica entre dos superficies, la relación entre compresibilidad y densidad puede depender de la formulación específica del material. Algunos thermal pads están diseñados para ser suaves y altamente compresibles, lo que facilita el llenado de pequeños espacios y asegura un buen contacto térmico. Estos materiales a menudo tienen una densidad más baja.
Por otro lado, algunos thermal pads más densos pueden tener menor compresibilidad, pero, aún así proporcionar una buena transferencia de calor debido a otras propiedades, como una mayor conductividad térmica. La elección entre un material más denso y menos compresible o uno más liviano y altamente compresible dependerá de los requisitos específicos de la aplicación y del diseño del dispositivo electrónico en cuestión.
¿Es un valor más alto de conductividad térmica (W/mK) un claro indicio de que una marca es mejor que otra?
Teoréticamente sí, prácticamente... depende. Esto se debe a que las empresas ponen sus thermal pads a prueba en entornos y circunstancias favorables para justificar el valor más alto de conductividad térmica posible. La realidad es que el uso cotidiano está muy lejos de ser un entorno favorable y los thermal pads se ven sometidos a mayor presión y estrés, además de peores circunstancias. No hay un estándar de pruebas para los thermal pads y menos aún hay garantías de que todas las empresas sigan el mismo procedimiento y/o test de calidad.
Por lo tanto, es posible que encuentres thermal pads de 10W/mK que tengan mejor rendimiento que otros, de otra marca, de 15W/mK.
¿Qué nos queda entonces?
La experiencia. No nos podemos fiar únicamente de las propiedades, la aplicación y el componente en cuestión también son muy importantes.
Por lo general, la mejor opción es buscar comparativas de rendimiento de thermal pads para tu componente en concreto.
Lo más importante es conocer el grosor adecuado del thermal pad. Usar un grosor erróneo puede empeorar muchísimo el rendimiento.
Os dejo una comparativa de thermal pads para la 3090
Mis experiencias
- Fujipoly Ultra Extreme: son de las más caras del mercado, 17 W/mK, pero no por ello las mejores. Tienen una densidad muy alta, pero el problema que tienen es que si te pasas de tamaño y las sometes a mucha presión, se agrietan y pierden muchísimo rendimiento. Son muy buenas pero únicamente en el tamaño justo. Otro problema que tienen es que rara vez se pueden volver a reutilizar, ya que al someterlas a presión entre dos superficies y luego separar esas superficies se descomponen como arenilla.
- Thermalright Odyssey: 12.8 W/mK, algo caras para el volumen que viene en el paquete. Son menos densas que las Fujipoly pero bastante delicadas también. Se pueden romper fácilmente después de un uso, pero si consigues sacarlas de una pieza se pueden reutilizar.
- Arctic TP-2: 6 W/mK, que no te engañen los 6 W/mK, son unos thermal pads muy buenos de uso general (por ejemplo memorias de gráficas y M.2), para cuando no tienes disponibles los mejores. Desde luego son mejores que los thermal pads que te vienen por defecto de fábrica en los componentes.
- Arctic TP-3: 12.8 W/mK, relación calidad/precio la verdad es que ni los tendría en cuenta, son considerablemente más caros que los TP-2 y el rendimiento es similar.
- Gelid GP Extreme: 12W/mK, no confundir con Ultimate. Desde mi punto de vista, los más equilibrados en cuanto a calidad/precio y también rellenan muy buen los huecos, ya que son bastante esponjosos. Si tuviese que elegir entre varios, elegiría estos sin duda.
Recomendación
- Si tienes un componente caro, como por ejemplo una gráfica, deberías cambiar los thermal pads cuanto antes porque los que vienen de fábrica son de pésima calidad, no solamente tienen el rendimiento justo, sino que suelen perder un líquido muy viscoso que es muy difícil de limpiar y puede dañar componentes a la larga.
- Lo mismo se aplica a portátiles, pero son más delicados y hay que prestar más atención. En un portátil los thermal pads suelen variar de tamaño según la zona de la placa base. Si vas a cambiar los thermal pads en un portátil, asegurate de tener disponibles varios tamaños de thermal pads.
Una vez has elegido la marca del thermal pad, ¿cómo encontrar el grosor adecuado?
La respuesta corta y rápida es plastilina. Vamos a verlo con una gráfica.
Primero quitamos el disipador de la gráfica.
Aplicamos celo en un chip de memoria para evitar que la grasilla de la plastilina manche la memoria y para que posteriormente sea fácil de despegar sin deformar la plastilina.
Ahora hacemos una pequeña bola de plastilina y la ponemos en el chip.
Ponemos el disipador, apretamos los tornillos y después lo quitamos otra vez. Veremos la plastilina aplastada.
Tiramos del celo, pero no hacia arriba (hacia nosotros) porque se deformará la plastilina, sino hacia un lateral, a lo largo del chip.
Medimos con un calibre, pero si no tienes uno puedes usar una regla normal, es menos preciso pero servirá. Si haces zoom en la foto, verás que la plastilina ronda los 1,1 milímetros.
El thermal pad original mide sobre 1,25 milímetros más o menos.
¿Por qué la plastilina tiene un tamaño diferente al thermal pad?
Ten en cuenta que la plastilina siempre va a estar más cerca de representar el tamaño real del hueco con mayor precisión debido a que no se expande como el thermal pad. El thermal pad se comprime al aplastarse, pero se expande al quitar la presión. En este caso podemos deducir que un thermal pad de 1 milímetro se quedaría un poco justo y un thermal pad de 1,5 milímetros se debe llegar a comprimir hasta por lo menos el tamaño de la plastilina, por lo tanto, un thermal pad de 1,5 milímetros es el adecuado.
En caso de duda, siempre usar un thermal pad de mayor tamaño.
¿Puede ser que aumente la temperatura del núcleo de la GPU después de cambiar los thermal pads?
Sí, esto suele suceder cuando se usan thermal pads muy densos que no se comprimen lo suficiente, resultando en una mayor distancia entre el núcleo y el disipador. ¡Ojo!, la solución no es rellenar con más pasta térmica el núcleo, sino en usar unos thermal pads del tamaño adecuado. Como norma general, y para aprovechar el esfuerzo, lo más común es cambiar también la pasta térmica.
¿Y en el caso de los discos M.2?
Aquí se complica un poco el asunto porque los M.2 tienen superficies irregulares. Vamos a ver un par.
Generalmente, la parte de la controladora, es decir la que está más cerca del conector, suele ser más pequeña. Por otro lado, los chips NAND suelen ser los componentes más grandes. En estos casos es mejor usar un thermal pad un poco más grande en la parte de la controladora y un thermal pad más pequeño en la parte de los chips NAND. Si por ejemplo usamos un thermal pad de 1 milímetro en la controladora, el thermal pad de los NAND debería ser de 0,5 milímetros.
Si quieres instalar un M.2 en una placa base que tiene disipador integrado para M.2 y tienes dudas por el tamaño adecuado, puedes volver a usar el método de la plastilina.