Cos'è il metallo liquido termoconduttivo?

Il metallo liquido è un TIM, Thermal Interface Material, cioè un materiale destinato a riempire le microscopiche irregolarità presenti tra la superficie di un chip e quella del dissipatore.

Anche due superfici apparentemente perfettamente lisce presentano infatti microcavità contenenti aria. Poiché l'aria trasferisce il calore in modo poco efficiente, il TIM viene utilizzato per migliorare il contatto termico tra le superfici.

Nel metallo liquido questa funzione viene svolta da una lega metallica fluida, generalmente basata anche su gallio, capace di offrire caratteristiche termiche molto differenti rispetto alle comuni paste siliconiche o ceramiche.

Perché utilizzare il metallo liquido?

Il principale vantaggio è la capacità di favorire il trasferimento termico in applicazioni dove la densità di calore è elevata e la qualità dell'interfaccia tra chip e dissipatore diventa particolarmente importante.

Per questo viene utilizzato soprattutto su processori, GPU, APU, sistemi direct-die e dispositivi progettati originariamente per funzionare con metallo liquido.

Quando il metallo liquido è preferibile alla pasta termica?

Il metallo liquido può essere interessante quando il sistema richiede un'interfaccia termica ad elevate prestazioni e quando materiali, geometria e sistema di contenimento sono compatibili.

Una normale pasta termica rimane invece spesso la soluzione più pratica quando sono prioritari facilità di applicazione, isolamento elettrico e compatibilità con una gamma più ampia di dissipatori.

La scelta deve quindi dipendere dall'applicazione reale e non dal presupposto che il prodotto con il valore termico più elevato sia automaticamente migliore in ogni dispositivo.

Metallo liquido sulla PS5

La PlayStation 5 utilizza metallo liquido sull'APU come materiale di interfaccia termica. Questo rende il metallo liquido particolarmente rilevante per tecnici che effettuano interventi di manutenzione e riparazione sul sistema di raffreddamento della console.

Un intervento sulla PS5 non consiste però semplicemente nell'aggiungere altro materiale: occorre valutare lo stato dell'interfaccia esistente, la distribuzione del metallo liquido, le superfici di contatto e il sistema di contenimento attorno all'APU.

CPU, GPU e notebook: quando può essere utilizzato?

Il metallo liquido può essere impiegato anche su CPU, GPU, notebook gaming e configurazioni direct-die, purché il dispositivo sia compatibile e il dissipatore utilizzi materiali idonei.

Alcuni notebook ad alte prestazioni adottano questa tecnologia direttamente dalla produzione. In altri dispositivi, invece, sostituire arbitrariamente la pasta termica originale con metallo liquido può introdurre rischi che il sistema non è stato progettato per gestire.

W/mK: cosa significa realmente?

Il valore espresso in W/mK, watt per metro-kelvin, rappresenta la conducibilità termica dichiarata del materiale. In linea generale, un valore superiore indica una maggiore capacità del materiale di trasferire calore.

Questo numero, tuttavia, non dovrebbe essere utilizzato da solo per confrontare prodotti differenti.

Perché il valore W/mK non racconta tutta la storia

Il comportamento termico reale dipende da numerosi fattori: quantità di materiale applicata, spessore dello strato, pressione esercitata tra le superfici, materiale del dissipatore, eventuali rivestimenti e qualità del contatto.

Anche il metodo utilizzato per misurare la conducibilità può influenzare il valore dichiarato. Due prodotti con numeri apparentemente molto diversi non sono quindi necessariamente confrontabili se i valori sono stati ottenuti con procedure differenti.

Come scegliere un metallo liquido affidabile

Per un utilizzo professionale è consigliabile valutare il prodotto sulla base di più parametri e non esclusivamente sul valore numerico riportato sulla confezione.

Tra gli elementi più importanti da verificare:

1. Scheda tecnica disponibile: il produttore dovrebbe documentare composizione, conducibilità, resistenza termica, temperatura operativa e materiali compatibili.

2. Compatibilità dei materiali: verificare espressamente con quali superfici può entrare in contatto.

3. Conducibilità elettrica: un metallo liquido conduttivo richiede procedure di applicazione adeguate.

4. Stabilità nel tempo: il comportamento del materiale non deve essere valutato soltanto immediatamente dopo l'applicazione.

5. Conformità e documentazione: per un prodotto destinato a utilizzo professionale è preferibile verificare la disponibilità di documentazione tecnica e dichiarazioni di conformità.

6. Produttore identificabile: una specifica estremamente elevata riportata senza datasheet o metodologia di prova dovrebbe essere valutata con maggiore prudenza.

Rame, nichel e alluminio: attenzione al dissipatore

Uno degli errori più pericolosi è scegliere il metallo liquido senza controllare il materiale del dissipatore.

Molti prodotti a base di gallio sono indicati per superfici in rame, nichel o rame nichelato, mentre non devono essere utilizzati direttamente sull'alluminio.

Quanto metallo liquido bisogna applicare?

Il principio fondamentale è utilizzare solo la quantità necessaria a creare un film sottile e uniforme tra le superfici.

Una quantità maggiore non significa automaticamente maggiore dissipazione. Al contrario, un eccesso aumenta il rischio di fuoriuscita del materiale e quindi di contatto con elementi elettrici della scheda.

Come applicare correttamente il metallo liquido

Le superfici devono essere pulite e preparate correttamente. Il prodotto deve essere applicato in quantità ridotta e distribuito in modo uniforme sulla superficie prevista dal produttore.

Nel caso di prodotti dotati di applicatore o spatola specifica è consigliabile utilizzare gli accessori previsti, evitando utensili che possano contaminare o danneggiare le superfici.

Prima del rimontaggio è necessario verificare attentamente che non siano presenti gocce o residui nelle aree circostanti.

Errori da evitare

Applicarne troppo: aumenta il rischio di fuoriuscita senza offrire necessariamente un beneficio termico.

Utilizzarlo sull'alluminio: i composti a base di gallio possono danneggiare questo materiale.

Ignorare la conducibilità elettrica: una piccola quantità su piste o componenti può provocare malfunzionamenti o cortocircuiti.

Acquistare basandosi soltanto sul valore W/mK: un numero elevato non sostituisce una scheda tecnica completa.

Sostituire una pasta termica senza verificare il progetto originale: non tutti i dispositivi sono progettati per contenere metallo liquido.

ChipQuik TC4 Deep-Space Liquid Metal: un esempio di prodotto documentato

Dopo aver analizzato i criteri tecnici di scelta, un esempio interessante di metallo liquido destinato all'utilizzo professionale è il ChipQuik TC4 Deep-Space Liquid Metal.

ChipQuik dichiara per il TC4 una conducibilità termica di 79 W/mK, una resistenza termica di 0,003 °C·cm²/W e compatibilità con rame, nichel e rame nichelato. Il produttore specifica inoltre che la lega contiene gallio e non deve essere utilizzata con dissipatori in alluminio.

Un aspetto particolarmente rilevante per una scelta professionale è la disponibilità di documentazione tecnica ufficiale. Il TC4 viene dichiarato Lead-Free, RoHS 3 Compliant e REACH Compliant e dispone di datasheet e documentazione di sicurezza del produttore.

Lo stesso produttore precisa inoltre che la conducibilità termica effettivamente ottenuta può variare in base all'applicazione, alla quantità utilizzata, alla pressione, al materiale del substrato e agli eventuali rivestimenti. Il dato W/mK deve quindi essere interpretato nel contesto dell'applicazione reale e non utilizzato come unico parametro di acquisto.

ChipQuik TC4 disponibile nei formati 1 g, 2 g e 5 g

Per chi ha verificato la compatibilità con la propria applicazione, il ChipQuik TC4 Deep-Space Liquid Metal 79 W/mK è disponibile in diversi formati in funzione della frequenza di utilizzo.

Domande frequenti sul metallo liquido

Più W/mK significa sempre prestazioni migliori?

Non necessariamente. Il risultato reale dipende anche dal metodo di misurazione, dallo spessore applicato, dalla pressione di contatto, dal materiale del dissipatore e dalle condizioni operative.

Il metallo liquido può essere utilizzato sulla PS5?

Sì. La PlayStation 5 utilizza metallo liquido sull'APU. L'intervento deve comunque essere eseguito rispettando il sistema di contenimento e le corrette procedure tecniche.

Il metallo liquido conduce elettricità?

Sì. Per questo motivo eventuali fuoriuscite su piste, contatti o componenti elettronici devono essere assolutamente evitate.

Posso utilizzarlo sull'alluminio?

Non se il prodotto contiene gallio ed è dichiarato incompatibile con l'alluminio. È sempre necessario verificare il datasheet dello specifico prodotto.

Come riconoscere un metallo liquido affidabile?

È utile verificare disponibilità del datasheet, specifiche tecniche complete, materiali compatibili, documentazione di sicurezza, conformità dichiarate e identificabilità del produttore, evitando di basare la scelta soltanto sul valore W/mK pubblicizzato.

Quale formato scegliere?

Il formato da 1 g è generalmente sufficiente per utilizzi occasionali, il 2 g è indicato per un utilizzo tecnico più regolare, mentre il 5 g è maggiormente orientato a laboratori e centri assistenza.