El efecto Pump-Out puesto a prueba con las pastas térmicas, ¿tiene solución o es mejor ir a materiales alternativos?

Un debate eterno, que se ha extendido durante generaciones y que hace no mucho se trató, curiosamente, en los comentarios de esta nuestra web, viene a estos tiempos modernos a intentar ser resuelto. El Pump-out, ese problema constante para muchos usuarios que se arrastra durante décadas, que fue resuelto hace muchísimo tiempo, en los albores de Internet, y que se perdió en el olvido, regresa, con datos, método y posible solución. ¿Qué es el Pump-out, cómo se produce y cómo se resuelve?

Pues en el culmen de una serie de artículos desde Igor's Lab, hoy tenemos el que es posiblemente el artículo definitivo que, por otro lado, evade una de las soluciones a cambio de implementar otra más simple, y casi igual de efectiva. Vamos a tratar el problema resumiendo un artículo extenso y exponiendo todos los puntos para ofrecer dicha solución final, que realmente no es solo una, sino varias.

¿Qué es exactamente el pump-out y cómo se produce?

Podríamos resumir perfectamente el pump-out como un efecto que se produce cuando la pasta térmica se desplaza desde su posición original en el área de contacto entre el IHS o Die, y el cold plate, sea de un disipador o bloque. Dicho de otra manera, es el movimiento o expulsión, dependiendo de la gravedad del pump-out, de la pasta térmica entre las dos superficies que intercambian calor, emisor y receptor.

El problema es evidente: se reduce la transferencia de calor entre dicho emisor (CPU, GPU, VRAM o elemento a disipar) y receptor (disipador o bloque). Esto se produce por dos factores: ciclos de temperatura y cargas mecánicas. Cuando una de las dos, o las dos, se producen, se compromete la refrigeración, el traspaso del calor, la funcionalidad de la pasta térmica y la durabilidad del sistema de refrigeración, puesto que deja de ser eficiente y va perdiendo poder de hacer su trabajo puesto que cada vez le llega menos calor.

Dicho esto, hay varios factores específicos que lo producen y que conviene señalar:

• Factores térmicos: existen diferencias en la expansión térmica entre la matriz de la pasta (silicona o polímeros) y los materiales de relleno.
• Pérdida de componentes volátiles: La evaporación altera las propiedades de la pasta térmica.
• Cargas mecánicas: Vibraciones y movimientos generan fuerzas que desplazan la pasta, especialmente cuando la viscosidad disminuye con el calor.
• Falta de adhesión: Interacciones químicas inadecuadas entre la pasta y las superficies de contacto.
• Capas finas: Son más susceptibles al envejecimiento y desplazamiento.

Los factores térmicos solo se pueden "solucionar" con pastas de gran calidad, que no tienen por qué ser las más caras ni las que más W/mK tienen, normalmente, los compuestos que integran y la densidad, el cómputo de ellos. La pérdida de los componentes volátiles no se puede evitar, sobre todo con ciertos compuestos concretos. En cuanto a las cargas mecánicas, es importante un buen montaje, algo de lo que hablaremos más tarde, pero que tiene que ver un poco con el evitar la falta de adhesión y usar, precisamente, capas demasiado finas.

¿Cómo se soluciona este problema?

Pues es complejo, pero no es imposible, incluso para los menos expertos, que podrán minimizarlo mucho. En primer lugar, debemos escoger pastas con polímeros estables térmicamente, que tengan menor expansión térmica, y que tengan una alta densidad. No importa si la pasta de marras usa silicona, la cual se evaporará, lo importante es que en el montaje y posterior evaporación la densidad sea la adecuada conforme los componentes que integra, sea plata, grafito, grafeno o similares.

Otro de los puntos que Igor's Lab critica es que los fabricantes deberían introducir más aditivos promotores de adhesión y compuestos tixotrópicos para mejorar viscosidad y resistencia, que junto con la mayor densidad nos evitarán gran parte de los problemas de cargas mecánicas y falta de adhesión, por ejemplo.

Comentados estos puntos, vamos con la aplicación de las pastas: capas uniformes, delgadas, no demasiado finas, canteando los bordes del IHS o die, y si no sabemos hacerlo de forma profesional, mediante inserciones y distintos montajes para comprobar presión y expansión, entonces usar plantillas como las que venden con hexágonos y círculos.

Este método es el más sencillo por motivos obvios, puesto que está especificado para los IHS en concreto, pero para las GPU... El método tradicional es el mejor igualmente, también en CPU, obvio.

Por último, la reflexión para los que no quieren calentarse la cabeza de ninguna manera es optar por dejar la pasta térmica de lado y pasar a alternativas como los PTM o las almohadillas metálicas o de grafito. Son más resistentes y duraderas, son reaplicables, evitan el pump-out en gran medida, pero tienen varios inconvenientes conocidos. El más obvio es el peor rendimiento térmico, y el segundo, las grietas que suelen aparecer a los pocos meses, que se van agrandando conforme pasan los ciclos térmicos por evaporación y rigidez del material.