Material de interfaz térmica

Un material de interfaz térmica (abreviado como TIM ) es cualquier material que se inserta entre dos componentes para mejorar el acoplamiento térmico entre ellos ^[1] . Un uso común es la disipación de calor, en el que el TIM se inserta entre un dispositivo que produce calor (por ejemplo, un circuito integrado) y un dispositivo que disipa el calor (por ejemplo, un disipador de calor). Existen estudios intensivos en el desarrollo de varios tipos de TIM con diferentes aplicaciones objetivo. En cada interfaz, existe una resistencia térmica que impide la disipación del calor. Además, el rendimiento electrónico y la vida útil del dispositivo pueden degradarse drásticamente bajo un sobrecalentamiento continuo y un gran estrés térmico en las interfaces.

Recientemente se han dedicado muchos esfuerzos al desarrollo y mejora de los TIM ^[1] : estos esfuerzos incluyen minimizar la resistencia del límite térmico entre capas y mejorar el rendimiento de la gestión térmica, al tiempo que abordan los requisitos de la aplicación, como baja tensión térmica entre materiales de diferentes coeficientes de expansión térmica , bajo módulo elástico o viscosidad , además de garantizar la flexibilidad y la reutilización.

• Pasta térmica : las pastas térmicas, que se utilizan principalmente en la industria electrónica , proporcionan una línea de unión muy fina y, por lo tanto, una resistencia térmica muy pequeña . No tienen resistencia mecánica (aparte de la tensión superficial de la pasta y el efecto adhesivo resultante) y requieren un mecanismo de fijación mecánica externo. Debido a que no se curan, las pastas térmicas generalmente solo se utilizan cuando se puede contener el material o en aplicaciones delgadas donde la viscosidad de la pasta le permitirá permanecer en su posición durante el uso.
• Adhesivo térmico : al igual que las pastas térmicas, los adhesivos térmicos proporcionan una línea de unión muy fina, pero proporcionan una resistencia mecánica adicional a la unión después del curado. Si bien los TIM de curado, como los adhesivos térmicos, se pueden usar fuera de un paquete de semiconductores , a menudo se usan dentro de un paquete térmico, ya que sus propiedades de curado pueden mejorar la confiabilidad ante diferentes tensiones térmicas. ^[2] Los adhesivos térmicos vienen en formulaciones de una sola parte y de dos partes, que a menudo contienen aditivos para mejorar la conductividad térmica, incluidos rellenos sólidos (óxidos metálicos, negro de carbono , nanotubos de carbono , etc.), ^[3] o gotas de metal líquido. ^[4]
• Rellenador de huecos térmicos: se podría describir como "pasta térmica de curado" o "pegamento térmico no adhesivo". Proporciona líneas de unión más gruesas que la pasta térmica, ya que se cura al mismo tiempo que permite un desmontaje sencillo, gracias a su adhesividad limitada.
• Almohadilla conductora térmica : a diferencia de los TIM anteriores que vienen en forma fluídica, las almohadillas térmicas se fabrican y se utilizan en estado sólido (aunque a menudo blandas). Fabricadas principalmente de silicona o material similar a la silicona, las almohadillas térmicas tienen la ventaja de ser fáciles de aplicar. Proporcionan líneas de unión más gruesas (que varían en grosor desde más de unos pocos cientos de μm hasta unos pocos mm) para adaptarse a interfaces no planas e incluso interfaces de varios componentes, pero generalmente necesitarán una mayor fuerza para presionar el disipador de calor sobre la fuente de calor, de modo que la almohadilla térmica se adapte a las superficies unidas.
• Cinta térmica: estos materiales se adhieren a las superficies adheridas, no requieren tiempo de curado y son fáciles de aplicar. Al igual que las almohadillas térmicas, suelen enviarse en forma sólida pero flexible y vienen en una variedad de espesores mayores a unos pocos cientos de μm.
• Materiales de cambio de fase (PCM): materiales naturalmente pegajosos, utilizados en lugar de pastas térmicas . Su aplicación es similar a las almohadillas sólidas. Después de alcanzar un punto de fusión de 55-60 grados, pasa a un estado semilíquido y llena todos los espacios entre la fuente de calor y el disipador de calor .
• Materiales de interfaz térmica de metal (TIM de metal): los materiales metálicos ofrecen una conductividad térmica en masa sustancialmente mayor , así como la resistencia de interfaz térmica más baja. Esta alta conductividad se traduce en una menor sensibilidad a los espesores de las líneas de unión y a los problemas de coplanaridad que los TIM poliméricos. ^[5] Los metales comunes utilizados como TIM incluyen las aleaciones de indio relativamente blandas y flexibles, así como la plata sinterizada .

Véase también

• Disipador de calor
• Difusor de calor

Referencias

1. Cui, Y.; Li, M.; Hu, Y. (2020). "Materiales de interfaz emergentes para la gestión térmica de la electrónica: experimentos, modelado y nuevas oportunidades". Journal of Materials Chemistry C . 8 : 10568–10586. doi :10.1039/C9TC05415D.
2. Kearney, Andrew; Li, Li; Sanford, Sean (2009). "Interacción entre TIM1 y TIM2 para la robustez mecánica del difusor de calor integrado". 2009 25.° Simposio anual sobre medición y gestión térmica de semiconductores del IEEE . págs. 293–298. doi :10.1109/STHERM.2009.4810778. ISBN . 978-1-4244-3664-4. Número de identificación del sujeto  29501079.
3. Liu, Johan; Michel, Bruno; Rencz, Marta; Tantolin, Christian; Sarno, Claude; Miessner, Ralf; Schuett, Klaus-Volker; Tang, Xinhe; Demoustier, Sebastien (2008). "Progreso reciente en la investigación de materiales de interfaz térmica: una descripción general". 2008 14th International Workshop on Thermal Inveatigation of ICs and Systems . págs. 156–162. doi :10.1109/THERMINIC.2008.4669900. ISBN 978-1-4244-3365-0. S2CID  40595787 . Consultado el 30 de marzo de 2023 .
4. Bartlett, Michael; Kazem, Navid; Powell-Palm, Matthew; Huang, Xiaonan; Sun, Wenhuan; Malen, Jonathan; Majidi, Carmel (2017). "Alta conductividad térmica en elastómeros blandos con inclusiones de metal líquido alargadas". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 114 (9): 2143–2148. Bibcode :2017PNAS..114.2143B. doi : 10.1073/pnas.1616377114 . PMC 5338550 . PMID  28193902. 
5. Jarrtett, Robert N.; Ross, Jordan P.; Berntson, Ross (septiembre de 2007). "TIM de metal completo". Power Systems Design Europe .