Pads thermiques ou pâte thermoconductrice ? Que choisir ?

Dans le monde de l’électronique, une dissipation thermique efficace est l’un des éléments les plus importants influençant les performances et la durée de vie des appareils. L’une des questions les plus fréquemment posées à ce sujet est de savoir quoi choisir : des pads thermiques ou de la pâte thermoconductrice ? La réponse n’est pas si simple, car elle dépend de l’application spécifique ainsi que des conditions d’utilisation.

Qu’est-ce que la pâte thermoconductrice et à quoi sert-elle ?

La pâte thermoconductrice est un matériau semi-fluide à haute conductivité thermique, utilisé entre deux surfaces — le plus souvent entre un processeur et un dissipateur thermique — afin d’améliorer l’efficacité du refroidissement de l’appareil. La pâte thermoconductrice est un matériau spécifique dont le rôle est de combler les micro-irrégularités invisibles à l’œil nu, permettant ainsi une régulation plus efficace du processus de dissipation thermique. Sa fonction principale est d’éliminer les bulles d’air, qui constituent une barrière naturelle au transfert de chaleur. Grâce à cela, l’énergie thermique est transférée plus rapidement vers le système de refroidissement.

Les applications les plus courantes des pâtes thermoconductrices :

• processeurs informatiques (CPU),
• processeurs graphiques (GPU),
• chipsets de cartes mères (le chipset est un circuit électronique situé sur la carte mère qui contrôle le flux de données entre le processeur et les autres composants de l’ordinateur, et détermine les fonctions ainsi que les capacités de la carte mère),
• équipements électroniques industriels nécessitant un contact de surface parfait,
• systèmes de refroidissement à très haute performance,
• ordinateurs portables (au niveau des processeurs et des processeurs graphiques),
• consoles de jeux,
• équipements électroniques de forte puissance (amplificateurs, alimentations).

Types de pâtes thermoconductrices :

1. Pâte thermoconductrice céramique – contient des composés céramiques responsables du transfert de chaleur entre le processeur et le dissipateur thermique, tels que l’oxyde d’aluminium ou l’oxyde de zinc. La pâte thermoconductrice céramique est souvent utilisée dans les ordinateurs de bureau et les ordinateurs portables en raison de sa facilité d’application.

Avantages : ne conduit pas l’électricité, sûre à l’utilisation, résistante aux températures élevées, facile à appliquer, relativement durable, prix avantageux.

Application : processeurs CPU, processeurs graphiques GPU, chipsets de cartes mères.

2. Pâte thermoconductrice à métal liquide – cette pâte est composée d’alliages métalliques liquides, le plus souvent à base de gallium, d’indium et d’étain.

Avantages : très haute performance de refroidissement, excellente dissipation thermique.

Inconvénients : conduit le courant électrique, nécessite une application prudente, peut réagir avec l’aluminium.

3. Pâte thermoconductrice au diamant – contient des particules microscopiques de diamant synthétique, qui présente une très bonne conductivité thermique.

Avantages : conductivité thermique élevée, longue durée de vie, ne conduit pas l’électricité.

Application : ordinateurs hautes performances, stations de travail, équipements destinés aux joueurs.

4. Pâte thermoconductrice métallique – contient des particules métalliques, le plus souvent d’argent, d’aluminium ou de cuivre.

Avantages : très bonne conductivité thermique, efficacité élevée pour le refroidissement des processeurs.

Inconvénients : certaines peuvent conduire le courant électrique, nécessitent une application soigneuse.

Application : ordinateurs hautes performances, systèmes de refroidissement professionnels.

5. Pâte thermoconductrice au silicone – à base de silicone enrichi d’additifs améliorant la conductivité thermique.

Avantages : faible coût, application facile, bonne isolation électrique.

Inconvénients : conductivité thermique inférieure à celle des pâtes métalliques et au diamant.

Application : ordinateurs de bureau, équipements électroniques à faible dissipation thermique.

6. Pâte thermoconductrice à base de nanomatériaux – contient des additifs avancés sous forme de nanoparticules, par exemple du graphène, des nanotubes de carbone ou des oxydes métalliques, qui améliorent le transfert thermique au niveau de la microstructure.

Avantages : conductivité thermique élevée, bonne stabilité des performances dans le temps, répartition homogène de la chaleur, souvent non conductrice de l’électricité.

Inconvénients : prix plus élevé que celui des pâtes thermoconductrices standard.

Application : ordinateurs hautes performances, ordinateurs portables, stations de travail, équipements électroniques à forte densité de puissance ainsi que systèmes de refroidissement avancés.

7. Pâte pour transistors – conçue pour améliorer la dissipation thermique entre le transistor et le dissipateur thermique.

Avantages : améliore le refroidissement du transistor, augmente la fiabilité du système de refroidissement, protège le composant contre la surchauffe.

Application : transistors de puissance, circuits électroniques, amplificateurs, alimentations et variateurs de fréquence.

8. Pâte pour SSD – pâte thermoconductrice spéciale utilisée dans les SSD, notamment les modèles M.2 NVMe, qui peuvent atteindre des températures élevées en fonctionnement. Son rôle est d’améliorer le transfert thermique entre le contrôleur et les mémoires du disque d’une part, et le dissipateur thermique d’autre part.

La pâte pour SSD contribue à réduire la température de fonctionnement du disque, ce qui peut diminuer le risque de baisse de performances due à la surchauffe (appelée « thermal throttling »).

Avantages : aide à dissiper la chaleur, améliore la stabilité de fonctionnement du disque, peut prolonger la durée de vie des composants, contribue à maintenir les performances élevées du SSD.

Application : SSD M.2 NVMe, SSD équipés de dissipateurs thermiques, ordinateurs gaming et stations de travail.

9. Pâte pour VRAM – pâte thermoconductrice destinée au refroidissement de la mémoire vidéo (Video RAM) présente sur les cartes graphiques. Elle facilite le transfert de chaleur des modules mémoire vers le dissipateur thermique.

La pâte pour VRAM est principalement utilisée lors de la maintenance des cartes graphiques ou de la mise à niveau de leurs systèmes de refroidissement. En pratique, les pads thermiques sont plus couramment utilisés, mais certaines conceptions font également appel à la pâte thermoconductrice.

Avantages : améliore le refroidissement de la mémoire graphique, réduit la température des modules VRAM, augmente la stabilité de fonctionnement de la carte graphique, peut contribuer à obtenir des performances plus élevées.

Application : mémoires VRAM des cartes graphiques, accélérateurs graphiques professionnels, cartes graphiques utilisées pour les jeux vidéo et le traitement graphique.

Que sont les pads thermiques ?

Pad thermique (pad thermoconducteur) – coussinet souple fabriqué à partir de matériaux thermoconducteurs, qui combine les fonctions de transfert thermique et de compensation de l’espace entre les composants.

Contrairement à la pâte thermoconductrice, le pad thermique est capable de compenser des jeux de montage plus importants ainsi que les irrégularités des surfaces. Grâce à sa flexibilité, il s’adapte à la forme des composants, assurant un transfert thermique efficace même dans les situations où l’utilisation d’une pâte thermoconductrice serait impossible.

Les principales caractéristiques :

• flexibilité et compressibilité,
• capacité à combler des espaces plus importants qu’une pâte thermoconductrice,
• montage et démontage faciles,
• disponible en différentes épaisseurs,
• conserve ses propriétés pendant une longue période et ne sèche pas aussi rapidement,
• conductivité thermique des pads thermiques (capacité à transférer la chaleur d’un composant électronique vers un dissipateur thermique).

Les pads thermiques sont couramment utilisés dans :

• l’électronique grand public,
• les équipements industriels,
• les alimentations,
• les modules LED,
• les contrôleurs,
• les circuits de puissance,
• les mémoires VRAM,
• les étages d’alimentation (VRM).

Types de pads thermiques :

1. En silicone – coussinets souples et flexibles à base de silicone, faciles à installer, offrant une bonne flexibilité et compensant efficacement les irrégularités de surface.

Application : mémoires VRAM des cartes graphiques, étages d’alimentation VRM, chipsets de cartes mères, SSD M.2, circuits d’alimentation, appareils mobiles, ordinateurs portables, consoles.

2. Sans silicone – principalement utilisés dans l’industrie, particulièrement appréciés pour l’absence du phénomène de « bleeding ».

Application : dispositifs médicaux, environnements où toute émission d’huiles de silicone doit être évitée.

3. En graphite – fabriqués à partir de graphite ou de graphène, ils présentent une très haute conductivité thermique dans le plan du matériau, peuvent être réutilisés à plusieurs reprises ; en raison de leur épaisseur, leur conductivité thermique à travers le matériau est plus faible et ils nécessitent une pression de contact appropriée.

Application : ordinateurs portables, smartphones, ultrabooks, appareils mobiles.

4. À changement de phase – deviennent plus plastiques à leur température de fonctionnement, présentent une très faible résistance thermique et constituent souvent une alternative à la pâte thermoconductrice.

Application : processeurs, systèmes de refroidissement de processeurs, équipements électroniques à forte densité de puissance.

5. En céramique – contiennent des charges céramiques telles que l’oxyde d’aluminium, le nitrure de bore, etc. Ils offrent une très bonne isolation électrique et sont résistants aux températures élevées.

Application : composants haute tension, transistors de puissance, alimentations.

Pads thermiques ou pâte thermoconductrice – les principales différences

Quand choisir une pâte thermoconductrice ?

La pâte thermoconductrice est la plus efficace lorsque les surfaces sont presque parfaitement en contact et que l’espace entre elles est minimal.

La pâte est recommandée :

• lors du montage d’un processeur (CPU),
• lors du montage d’un processeur graphique (GPU),
• lors du remplacement du système de refroidissement d’un ordinateur,
• lorsque l’ancienne pâte a séché ou a perdu ses propriétés, dans les ordinateurs gaming et les stations de travail,
• lorsqu’il est nécessaire d’obtenir les températures les plus basses possibles pour les composants.

Quand choisir des pads thermiques ?

Les pads thermiques constituent la meilleure solution lorsque :

• les appareils changent fréquemment de position (par exemple les ordinateurs portables, les tablettes ou les smartphones) – les pads thermiques conservent leur position et leurs propriétés quelle que soit l’orientation de l’équipement, assurant un contact thermique stable sans risque de déplacement du matériau,
• des micro-irrégularités de surface sont présentes,
• il est nécessaire de combler un espace plus important,
• une isolation électrique est requise,
• un montage rapide est nécessaire,
• le composant doit être facile à remplacer ou à entretenir.

Comparaison des pâtes thermoconductrices

Comparaison : Pads thermiques adhésifs vs pads thermiques non adhésifs

L’erreur la plus fréquente lors du remplacement des pads thermiques consiste à choisir un modèle uniquement sur la base d’une conductivité thermique très élevée. En pratique, la différence entre un pad thermique présentant une conductivité thermique de 8 W/mK et 15 W/mK est souvent moins importante que le choix de l’épaisseur appropriée, qui détermine la qualité du contact entre les composants à refroidir.

La question se pose alors : pads thermiques ou pâte thermoconductrice ?

De nombreuses personnes se demandent quelle est la meilleure solution : la pâte thermoconductrice ou le pad thermique. La réponse dépend de l’application prévue pour le matériau.

La pâte thermoconductrice est la plus adaptée dans toutes les situations où les surfaces en contact sont parfaitement ou presque parfaitement ajustées. Dans ce cas, une fine couche de pâte suffit pour combler efficacement les micro-interstices, assurer un transfert thermique optimal et garantir les performances maximales du système de refroidissement.

Les pads thermiques, en revanche, sont destinés aux emplacements où un espace plus important existe entre les composants. Leur conductivité thermique est généralement inférieure à celle des meilleures pâtes thermoconductrices, mais grâce à leur flexibilité, ils compensent parfaitement les irrégularités de montage.

Conclusion

Le choix entre une pâte thermoconductrice et un pad thermique dépend avant tout de la conception de l’appareil, de la taille de l’espace entre les composants et des performances de refroidissement attendues. Il n’existe pas de solution universelle adaptée à toutes les situations : la pâte thermoconductrice comme les pads thermiques peuvent constituer le meilleur choix selon l’application.

La pâte thermoconductrice est la meilleure option partout où le dissipateur thermique et le composant à refroidir, tel qu’un processeur CPU ou un processeur graphique GPU, sont en contact presque parfait. Grâce à sa consistance semi-fluide, elle comble les irrégularités microscopiques des surfaces et élimine la couche d’air qui entrave le transfert de chaleur. C’est pourquoi elle offre la plus faible résistance thermique et la meilleure efficacité de refroidissement, ce qui est particulièrement important dans les ordinateurs gaming, les stations de travail, les serveurs et les équipements destinés à l’overclocking.

Les pads thermiques, quant à eux, ont été conçus pour les emplacements où un espace plus important existe entre le composant et le dissipateur thermique. Leur structure flexible permet de combler efficacement des jeux allant de quelques fractions de millimètre à plusieurs millimètres. Ils sont donc parfaitement adaptés au refroidissement des mémoires VRAM, des étages d’alimentation VRM, des SSD M.2, des modules LED, des transistors de puissance ainsi que de nombreux composants de l’électronique industrielle. Les pads thermiques présentent également l’avantage d’être faciles à installer, d’offrir une longue durée de service et de conserver leurs propriétés thermiques pendant de nombreuses années.

En résumé, la pâte thermoconductrice constitue la meilleure solution pour les processeurs et les circuits nécessitant une efficacité maximale de dissipation thermique avec un espace de montage très réduit. Les pads thermiques sont quant à eux recommandés lorsqu’il est nécessaire de combler un espace plus important, d’assurer une isolation électrique ou de faciliter le montage et la maintenance. Dans de nombreux appareils modernes, les deux solutions sont utilisées simultanément : la pâte thermoconductrice assure le refroidissement du processeur et du processeur graphique, tandis que les pads thermiques évacuent la chaleur des mémoires, des étages d’alimentation et des autres composants.

Une pâte thermoconductrice ou un pad thermique correctement sélectionné permet de maintenir des températures de fonctionnement plus basses, d’améliorer la stabilité de l’équipement et de prolonger la durée de vie de ses composants.