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Los materiales de interfaz térmica (TIM) se utilizan en electrónica para garantizar una disipación eficaz del calor y evitar sobrecargas locales de temperatura. Esto garantiza un funcionamiento fiable y estable de los equipos y componentes eléctricos.
¿Qué son los materiales de interfaz térmica?
Con una conductividad térmica de sólo 0,0263 W/MK, el aire es el peor conductor de calor que existe. Por tanto, deben evitarse las inclusiones de aire entre componentes para impedir la acumulación de calor. Aquí los TIM ayudan a cerrar los huecos causados por desniveles, tolerancias o rugosidades y garantizan que no se produzcan inclusiones de aire.
Los materiales intermedios térmicos están disponibles en varios diseños, por ejemplo como:
- Pastas conductoras del calor,
- Adhesivo conductor del calor,
- Láminas de grafito y aluminio,
- Láminas de espuma y GEL,
- Láminas conductoras del calor adhesivas por una y dos caras,
- Materiales de cambio de fase (PCM),
- Elastómeros con y sin silicona,
- Discos de kapton y mica,
- Materiales de óxido de aluminio
En muchos casos no es fácil encontrar el material intermedio adecuado. Sin embargo, un sistema de gestión térmica suficientemente bien diseñado es indispensable para un funcionamiento óptimo y una larga vida útil de los componentes electrónicos.
Relleno de huecos
Pega
Almohadillas
Almohadillas como Pila
¿Qué TIM es el más adecuado para cada aplicación?
No todos los materiales son adecuados como material universal para todas las aplicaciones en electrónica. Para encontrar el TIM perfecto, los desarrolladores en el campo de la investigación de materiales deben tener en cuenta una amplia variedad de propiedades del material, como la resistencia térmica, la conductividad térmica, la impedancia térmica, las tolerancias mecánicas del emparejamiento de contactos, el rango de temperaturas, la compatibilidad medioambiental y muchas otras.
El material más adecuado depende de la aplicación. Los tres tipos principales de TIM son las películas conductoras térmicas, las pastas conductoras térmicas y los adhesivos conductores térmicos. Se diferencian, entre otras cosas, por su uso, grosor de capa, aislamiento eléctrico y conductividad térmica.
Fases conductoras del calor
Las pastas conductoras del calor se utilizan a menudo para generar capas de transferencia de calor, por ejemplo entre un disipador térmico y un componente electrónico. Suelen aplicarse en espesores de capa muy pequeños, como máximo de aprox. 50 µm. Por tanto, no se pueden puentear distancias mayores entre componentes. En la práctica, a menudo se utilizan cantidades excesivas de pasta. Sin embargo, una aplicación demasiado escasa suele ser más crítica, ya que puede no compensar todas las inclusiones de aire.
Materiales de cambio de fase
Los materiales de cambio de fase son una evolución de las pastas térmicas convencionales. Como material de placa, estos TIM tienen un grosor de capa continuo, lo que permite un montaje directo y limpio en el disipador de calor. Además, los PCM se caracterizan por su temperatura de cambio de fase. A una temperatura de 45 a 55 °C, la consistencia de estos materiales pasa de sólida a blanda. Como resultado, fluyen en todos los espacios entre los componentes a los que se aplican. Si la temperatura vuelve a caer por debajo de la temperatura de cambio de fase, el medio respectivo vuelve a su estado inicial sin que se rompa la conexión con los puntos de contacto.
Acabado superficial y selección de un TIM
Para poder utilizar pastas térmicas o adhesivos, las superficies deben ser casi ideales en cuanto a tolerancia. Si esto no puede garantizarse o si la manipulación de estos materiales es demasiado complicada, suelen utilizarse láminas. Esto permite compensar entrehierros de hasta 5 milímetros. Sin embargo, la resistencia térmica de estos TIM es mayor debido a su mayor resistencia.
Campos de aplicación de los materiales de interfaz térmica
La multitud de materiales de interfaz térmica producidos en una amplia variedad de procesos ilustra un cambio en las mejores prácticas de diseño. Cada vez más, la refrigeración por aire en la electrónica está desapareciendo en favor de más y más disipadores de calor y una conexión de los componentes calientes a carcasas metálicas y otras superficies disipadoras de calor.
Este cambio también beneficia a la a menudo deseada miniaturización de los componentes. Una mayor densidad de componentes reduce el volumen de aire disponible para la refrigeración y, al mismo tiempo, impide que circule el aire restante. Por eso, en los sistemas en los que originalmente se utilizaban ventiladores de refrigeración para la refrigeración por aire forzado, hoy se suele preferir un diseño sin ventilador.
TIM en la vida cotidiana
En la actualidad, los TIM se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, por ejemplo en la electrónica del automóvil, en el sector de los ordenadores, las memorias y los juegos, en la optoelectrónica y en la industria aeroespacial. Además, permiten una excelente gestión del calor en envases electrónicos, electrodomésticos, tecnología de iluminación, tecnología médica y automatización industrial.
Las mediciones de alta precisión son la base para una gestión optimizada del calor
gestión térmica optimizada
Debido a los innumerables campos de aplicación posibles y a la inmensa variedad de materiales, los Materiales de Interfaz Térmica plantean grandes retos para la investigación de materiales.
La gestión térmica en el campo de la electrónica es extremadamente compleja y requiere un conocimiento preciso de las propiedades materiales de los TIM aplicados.
Estos detalles pueden determinarse con el Comprobador de materiales de interfaz térmicaque mide la impedancia térmica de los materiales de interfaz térmica, como fluidos térmicos, pastas térmicas, conductores térmicos elásticos y materiales de cambio de fase, y determina su conductividad térmica probable.
Con este conocimiento es posible perfeccionar la cooperación de componentes y materiales de interfaz y desarrollar una gestión térmica óptima para aplicaciones electrónicas complejas.
