Metallo liquido CPU e GPU: cosa succede dopo due anni di utilizzo

Un esperimento condotto da der8auer ha permesso di osservare l’evoluzione del metallo liquido utilizzato per il raffreddamento di CPU e GPU nel tempo, evidenziando come non si limiti a deteriorarsi ma reagisca chimicamente con i metalli delle superfici su cui viene applicato.

Il gallio può indebolire l’alluminio e formare composti solidi con il rame. Il rivestimento in nichel, invece, limita significativamente questa reazione. Il metallo liquido è una soluzione sempre più diffusa per migliorare la dissipazione del calore da processori e schede grafiche, soprattutto nei componenti caratterizzati da un’elevata densità termica.

metallo liquido: perché è importante

L’analisi, durata due anni ed effettuata da Roman Hartung – fondatore di Thermal Grizzly, meglio conosciuto online come der8auer – ha permesso di osservare al microscopio elettronico cosa accade a questo materiale nel tempo. I risultati mettono in evidenza un aspetto importante: il metallo liquido non si limita a perdere le proprie caratteristiche iniziali, ma reagisce con i metalli con cui entra in contatto, formando nuovi composti solidi.

L’esperimento riguarda una lega a base di gallio e indio, eventualmente arricchita con stagno, come il Conductonaut commercializzato da Thermal Grizzly. Queste leghe possono rimanere liquide a temperatura ambiente: la miscela di gallio, indio e stagno utilizzata in questo tipo di applicazione fonde intorno agli 11 °C, mentre il gallio puro fonde a circa 30 °C.

Le proprietà di questi materiali consentono di ridurre la resistenza termica dell’interfaccia tra il componente e il sistema di raffreddamento, ma il loro comportamento dipende anche dal tipo di superficie su cui vengono applicati.

Il comportamento più problematico si verifica a contatto con l’alluminio. Quando il gallio riesce a superare lo strato superficiale di ossido, penetra lungo i confini dei grani del metallo, indebolendone la struttura. Nel test condotto da der8auer, una lamina di alluminio spessa 2 mm ha iniziato a gonfiarsi dopo circa cinque minuti ed è diventata fragile nel giro di mezz’ora. Questo fenomeno rende l’alluminio inadatto al contatto diretto con il metallo liquido a base di gallio.

Con il rame, il processo è differente. Il gallio reagisce con la superficie formando il composto intermetallico CuGa₂, costituito da un atomo di rame per due atomi di gallio. L’indio e lo stagno presenti nella lega contribuiscono a formare ulteriori zone solide. La superficie assume progressivamente un aspetto cristallino e il materiale diventa difficile da rimuovere anche con alcol isopropilico o acetone.

Il problema principale riguarda le proprietà termiche del composto che si forma. Il CuGa₂ presenta una conducibilità termica di circa 100 W/mK, contro i circa 400 W/mK del rame. Il nuovo strato conduce quindi il calore molto meno efficacemente del metallo originario.

Il composto rimane inoltre solido fino a circa 254 °C, rendendo impossibile riportarlo allo stato liquido con un semplice riscaldamento alle normali temperature operative di un PC. Le osservazioni nel tempo mostrano che il metallo liquido è ancora visibile allo stato liquido dopo un’ora dall’applicazione; dopo due mesi la superficie presenta cristalli e non mostra più metallo liquido visibile. A due anni dall’inizio della prova, la situazione risulta sostanzialmente invariata rispetto a quella osservata al secondo mese.

Una protezione parziale deriva dai dissipatori in rame rivestiti di nichel, una soluzione diffusa nei sistemi di raffreddamento per PC. In questo caso il gallio forma prevalentemente NiGa₂, un composto solido anche a temperatura ambiente. Il rivestimento in nichel riduce sensibilmente la quantità di materiale assorbita dalla superficie e limita la crescita dello strato di reazione. Le misurazioni indicano uno spessore nell’ordine di pochi micrometri, circa dieci volte inferiore rispetto a quello osservato sul rame non rivestito.

Cosa cambia e quali sono gli effetti

Il NiGa₂ presenta comunque una conducibilità termica inferiore a quella del rame-gallio. Il vantaggio del nichel consiste soprattutto nel limitare la penetrazione del gallio e proteggere il rame sottostante, non nell’eliminare completamente le reazioni chimiche. Per questo motivo, Hartung considera generalmente preferibile una superficie nichelata rispetto al rame nudo quando si utilizza metallo liquido.

Il metallo liquido conserva un vantaggio importante: può offrire prestazioni termiche superiori a quelle di molte paste tradizionali, caratteristica che lo rende interessante per processori e GPU particolarmente esigenti. L’aumento della potenza dissipata per unità di superficie ha reso sempre più importante ridurre la resistenza termica tra il chip e il dissipatore.

Secondo Hartung, le GPU NVIDIA RTX 5080 e RTX 5090 presentano rispettivamente una densità di potenza circa tre e due volte superiore a quella di una GeForce 8800 GTX. Il rovescio della medaglia è rappresentato dalla complessità di applicazione e dalla conducibilità elettrica della lega: una fuoriuscita può provocare cortocircuiti, mentre una scelta errata dei materiali può danneggiare le superfici metalliche. Anche la rimozione dei residui può risultare laboriosa.

Hartung ritiene quindi che questa tecnologia debba rimanere destinata soprattutto agli appassionati e agli utenti esperti, per esempio chi pratica overclocking spinto su componenti con elevata densità termica. Anche il costo della materia prima è diventato un fattore da considerare: Hartung ha riferito che il prezzo del gallio sostenuto dalla sua azienda è passato da circa 300 euro al chilogrammo a 2.500-3.000 euro nell’arco di cinque anni, con ulteriori rincari registrati dal 2025. La Cina rappresenta circa il 99% dell’offerta mondiale, un elemento che rende il mercato esposto alle restrizioni commerciali e alle dinamiche geopolitiche.

Thermal Grizzly sta valutando nuovi rivestimenti alternativi al nichel, con l’obiettivo di introdurli in futuro, e una nuova versione del pad in grafene KryoSheet per chip privi di copertura metallica. Quest’ultima soluzione potrebbe offrire prestazioni leggermente inferiori, nell’ordine di 3-4 °C rispetto al metallo liquido secondo le stime riportate, ma con una maggiore semplicità d’impiego.

Fonte e approfondimento su metallo liquido: articolo originale.

* Contenuto realizzato con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale.