La chaleur est l’un des pires ennemis de l’électronique, en particulier des électroniques à semi-conducteurs. Les ingénieurs cherchent donc différentes façons de transférer la chaleur loin des circuits intégrés tels que les CPU, GPU, puces mémoire, stockage, MOSFET, etc. L’une des façons les plus simples de transférer cette chaleur est d’utiliser un métal (généralement du cuivre mais parfois de l’aluminium) sous forme de dissipateur de chaleur. Mais, pour assurer un contact propre entre la surface du circuit intégré et le dissipateur, des matériaux thermiques de contact spéciaux sont utilisés. Les deux matériaux les plus populaires sont la pâte thermique et les coussinets thermiques. Dans ce guide, nous allons comparer la pâte thermique aux coussinets thermiques.
Aperçu des Matériaux de Contact Thermiques (TIM)
Nous utilisons des dissipateurs de chaleur et des ventilateurs de refroidissement pour garder les appareils électroniques au frais. Mais les matériaux de contact thermiques jouent un rôle important dans le processus de transfert de chaleur.
Si nous prenons un dissipateur de chaleur et le plaçons sur un appareil à puissance (MOSFET), un circuit intégré ou tout autre composant électronique « chaud », il y aura un minuscule espace d’air entre ces deux surfaces.
Bien qu’ils semblent être en contact, il y a toujours un espace rempli d’air dans cet écart. Nous savons que l’air est un très mauvais conducteur de chaleur. Ainsi, l’espace d’air entre la surface du composant et le dissipateur de chaleur agira comme un isolant et limitera le transfert de chaleur.
C’est ici que différents matériaux de contact thermiques entrent en jeu. Ce qu’ils font, c’est remplir l’espace d’air avec un matériau thermiquement conducteur. Cela éliminera non seulement l’espace d’air, mais agira également comme un pont thermique entre la surface du composant et le dissipateur de chaleur.
Voici quelques-uns des matériaux de contact thermiques les plus courants :
- Pâte thermique
- Émetteur de chaleur
- Coussin thermique
- Coussin d’espace
- Graisse thermique
- Coussin diélectrique
- Composé thermique
- Gel thermique
Qu’est-ce que la Pâte Thermique ?
La pâte thermique est l’un des matériaux de contact thermiques les plus populaires et les plus utilisés. D’autres noms pour la pâte thermique sont la graisse thermique et le composé thermique.
Comme son nom l’indique, la pâte ou le composé thermique se présente sous la forme, eh bien, d’une pâte (un liquide semi-solide). Vous devez appliquer cette pâte thermique entre le circuit intégré (CPU, GPU, etc.) et le dissipateur de chaleur.
Il existe plusieurs discussions sur la quantité de pâte thermique à appliquer et aussi sur les différentes procédures d’application. Mais l’important est que la pâte thermique agit comme un excellent remplisseur de l’espace entre la puce et le dissipateur de chaleur.
La plupart des fabricants de CPU et de GPU recommandent des pâtes thermiques comme principal matériau de contact thermique entre la surface de la puce et la surface du dissipateur de chaleur. De plus, vous pouvez utiliser un ventilateur de refroidissement pour dissiper davantage la chaleur du dissipateur de chaleur.
Avantages
- La pâte thermique est très efficace pour transférer la chaleur loin de la surface d’un circuit intégré même avec une quantité minimale.
- Étant essentiellement un liquide, vous pouvez l’utiliser sur tous types de surfaces, et la surface n’a pas besoin d’être plate.
- Très facile à appliquer. En général, la pâte thermique est fournie dans une seringue (ou distributeur similaire). Il suffit de l’appliquer sur la surface du circuit intégré (sous forme de point ou de forme X).
- La pâte thermique est très peu coûteuse. Vous pouvez obtenir un composé thermique de très bonne qualité d’un fabricant réputé pour un prix très bas.
Inconvénients
- Peut devenir salissant, surtout si vous l’appliquez pour la première fois.
- Vous devez appliquer la pâte thermique très soigneusement et vous assurer de ne laisser aucun espace d’air.
- Il existe des pâtes thermiques ou des composés moins chers qui ne remplissent pas toutes les qualités d’une pâte thermique décente, l’une des plus importantes étant la conductivité électrique.
Qu’est-ce qu’un Coussin Thermique ?
Comme son nom l’indique, un coussin thermique est un coussin souple qui agit comme matériau de contact thermique. Ce sont des matériaux solides qui reposent sur des surfaces relativement plates.
Appliquer un coussin thermique est très simple. Il suffit de placer le coussin sur la surface d’un composant électronique (un circuit intégré ou un MOSFET) et de fixer un dissipateur de chaleur au-dessus du coussin.
Bien que les coussins thermiques soient très efficaces pour transférer la chaleur de la surface du circuit intégré au dissipateur de chaleur, leur nature solide signifie qu’ils ne peuvent pas s’étendre pour remplir tous les espaces d’air comme le ferait la pâte thermique.
En conséquence, nous ne voyons pas de coussins thermiques sur les composants critiques tels que les CPU, GPU ou MOSFET de puissance. Nous utilisons des coussins thermiques sur des circuits intégrés relativement « moins chauds » tels que les puces mémoire (RAM ou NVMe), les petits circuits intégrés, etc.
Avantages
- Ils sont très faciles à appliquer.
- Il n’y a pas de désordre lors de l’application des coussins thermiques.
- Vous pouvez façonner le coussin précisément à la forme de la surface car ce sont essentiellement des coussins souples.
- Adaptés aux dispositifs produisant de la chaleur de faible à moyenne intensité.
Inconvénients
- Les coussins thermiques sont relativement coûteux par rapport à la pâte thermique.
- Après application du coussin thermique et son utilisation pendant un certain temps, il devient assez difficile de retirer le coussin de la surface du circuit intégré ou du dissipateur de chaleur.
- Il n’y a pas de réutilisation avec le coussin thermique. Une fois que vous les retirez, vous devez appliquer un nouveau coussin thermique.
Pâte Thermique vs Coussin Thermique : Quel est le Meilleur Transfert de Chaleur ?
Maintenant, vient la question importante : Pâte thermique vs Coussin thermique, lequel est le meilleur ?
Ces deux produits sont d’excellents matériaux de contact thermique. Chacun d’eux présente des avantages et des inconvénients.
Lorsque vous appliquez correctement la pâte thermique, elle peut remplir tous les espaces d’air entre la surface d’un circuit intégré et la surface du dissipateur de chaleur. Par conséquent, la plupart des fabricants de CPU et de GPU recommandent des composés thermiques de bonne qualité pour transférer la chaleur loin des puces.
Quant au coussin thermique, ce sont également de bons matériaux pour transférer la chaleur. Mais vous devez appliquer très soigneusement et vous assurer qu’il n’y a aucun espace entre la surface de la puce et le dissipateur de chaleur.
Si vous êtes débutant et n’êtes pas sûr de la quantité de pâte thermique dont vous avez besoin pour votre CPU ou GPU ou si vous ne connaissez pas la procédure d’application, vous pouvez choisir un coussin thermique de bonne qualité sans aucun doute en remplacement.
Mais si vous avez suffisamment d’expérience avec les pâtes thermiques ou les composés, alors une bonne pâte thermique est recommandée pour votre CPU ou GPU.
Si vous travaillez avec des dispositifs à faible puissance comme les NAND Flashes ou les circuits intégrés (autres que les CPU, GPU et MOSFET de puissance), alors un coussin thermique est beaucoup mieux, car toutes les surfaces sont relativement plates.
Si la surface n’est pas plate, la pâte thermique peut facilement se répandre dans tous les espaces et fournir une meilleure conductivité thermique.
Conclusion
Les appareils électroniques fonctionnent à chaud et nous devons transférer cette chaleur loin d’eux pour qu’ils continuent à fonctionner sans panne ni limitation thermique.
Nous utilisons donc des dissipateurs de chaleur et des ventilateurs de refroidissement avec nos CPU, GPU, MOSFET de puissance et autres composants électroniques.
Mais le problème de l’application directe d’un dissipateur de chaleur sur un circuit intégré est qu’il y aura de petits espaces entre les deux surfaces, et cet espace est rempli d’air. Nous savons que l’air est un isolant de chaleur, et donc la chaleur provenant du circuit intégré ne sera pas transférée au dissipateur de chaleur de manière très efficace.
Les matériaux de contact thermiques ou TIMs sont responsables d’augmenter la conductivité thermique entre deux surfaces, dans ce cas entre le CPU ou GPU et son dissipateur de chaleur.
Les deux matériaux de contact thermiques les plus courants sont la pâte thermique et le coussin thermique.
Dans ce guide, nous avons vu les bases de ces deux matériaux. Nous avons également examiné leurs avantages et leurs inconvénients.
Si nous devons confronter la pâte thermique aux coussins thermiques, la réponse dépend du type d’application, de la facilité d’utilisation et de la bonne conductivité thermique.