miniatura|304x304px|Diferència entre la conductivitat tèrmica dels materials d'interfície tèrmica i la resistència tèrmica de contacte. Il·lustra la diferència entre la conductivitat tèrmica dels materials d'interfície tèrmica i la resistència tèrmica de contacte. Un material d'interfície tèrmica (TIM) és qualsevol material que s'insereix entre dos components per tal de millorar l'acoblament tèrmic entre ells. Un ús comú és la dissipació de calor, en què el TIM s'insereix entre un dispositiu productor de calor (per exemple, un circuit integrat) i un dispositiu dissipador de calor (per exemple, un dissipador de calor).

Visió general Hi ha estudis intensius en el desenvolupament de diversos tipus de TIM amb diferents aplicacions objectiu. A cada interfície, existeix una resistència tèrmica que impedeix la dissipació de calor. A més, el rendiment electrònic i la vida útil del dispositiu poden degradar-se dràsticament sota un sobreescalfament continu i una gran tensió tèrmica a les interfícies.

Molts esforços recents s'han dedicat a desenvolupar i millorar els TIM: Aquests esforços inclouen minimitzar la resistència del límit tèrmic entre capes i millorar el rendiment de la gestió tèrmica, alhora que s'aborden els requisits de l'aplicació com ara una baixa estrès tèrmica entre materials amb diferents coeficients d'expansió tèrmica, un mòdul elàstic o una viscositat baixos, així com garantir la flexibilitat i la reutilització.

Pasta tèrmica: Principalment utilitzada en la indústria electrònica, les pastes tèrmiques proporcionen una línia d'unió molt fina i, per tant, una resistència tèrmica molt petita. No tenen resistència mecànica (a part de la tensió superficial de la pasta i l'efecte adhesiu resultant) i requereixen un mecanisme de fixació mecànica extern. Com que no s'endureixen, les pastes tèrmiques normalment només s'utilitzen on es pot contenir el material o en aplicacions primes on la viscositat de la pasta li permetrà mantenir-se en posició durant l'ús. Adhesiu tèrmic: Igual que amb les pastes tèrmiques, els adhesius tèrmics proporcionen una línia d'unió molt fina, però proporcionen resistència mecànica addicional a la unió després del curat. Tot i que els TIM de curat com els adhesius tèrmics es poden utilitzar fora d'un encapsulat de semiconductors, sovint s'utilitzen dins d'un paquet tèrmic, ja que les seves propietats de curat poden millorar la fiabilitat davant de diferents tensions tèrmiques. Els adhesius tèrmics vénen tant en formulacions d'una sola part com en formulacions de dues parts, sovint contenen additius per millorar la conductivitat tèrmica, incloent-hi farcits sòlids (òxids metàl·lics, negre de carboni, nanotubs de carboni, etc.), o gotes de metall líquid. Farciment de bretxes tèrmiques, "massilla tèrmica": Això es podria descriure com a "pasta tèrmica de curat" o "cola tèrmica no adhesiva". Proporciona línies d'unió més gruixudes que la pasta tèrmica, ja que es cura alhora que permet un fàcil desmuntatge, gràcies a la seva adherència limitada. Coixinet tèrmicament conductor: A diferència dels TIM anteriors que es presenten en forma fluida, els coixinets tèrmics es fabriquen i s'utilitzen en estat sòlid (encara que sovint tous). Principalment fets de silicona o material similar a la silicona, els coixinets tèrmics tenen l'avantatge de ser fàcils d'aplicar. Proporcionen línies d'unió més gruixudes (que van des de més d'uns pocs centenars de μm fins a uns pocs mm) per adaptar-se a interfícies no planes i fins i tot a interfícies multicomponent, però normalment necessitaran una força més gran per pressionar el dissipador de calor sobre la font de calor, de manera que el coixinet tèrmic s'adapti a les superfícies unides. Cinta tèrmica: Aquests materials s'adhereixen a les superfícies unides, no requereixen temps de curat i són fàcils d'aplicar. De manera similar a les coixinets tèrmiques, normalment s'envien en forma sòlida però flexible i vénen en una varietat de gruixos superiors a uns quants centenars de μm. Materials d'interfície tèrmica metàl·lica (TIM metàl·lics): Els materials metàl·lics ofereixen una conductivitat tèrmica massiva substancialment més alta, així com la resistència d'interfície tèrmica més baixa. Aquesta alta conductivitat es tradueix en una menor sensibilitat als gruixos de les línies d'unió i als problemes de coplanaritat que els TIM polimèrics. Els metalls comuns utilitzats com a TIM inclouen els aliatges d'indi relativament tous i flexibles, així com la plata sinteritzada.

Canvi de fase Alguns TIM afirmen ser "materials de canvi de fase" (PCM). Això no s'ha de confondre amb el significat habitual de la frase, és a dir, un material que absorbeix una gran quantitat de calor quan es fon. En canvi, això es refereix a la capacitat del material per estovar-se a temperatures de treball típiques, normalment a 55-60 graus Celsius. Després d'estar estovat, és capaç d'omplir tots els buits entre la font de calor i el dissipador de calor de manera molt semblant a la pasta tèrmica normal.

Els PCM poden requerir un període de "rodament" a mesura que s'estoven i aconsegueixen un ajust perfecte. Un cop aconseguit un bon ajust, pot ser difícil treure el dissipador de calor de la superfície del xip/tapa, ja que els PCM poden encaixar en imperfeccions microscòpiques d'ambdues superfícies i solidificar-se.

Gairebé tots els coixinets tèrmicament conductors estan fets de PCM. Algunes pastes tèrmiques més noves també estan fetes de PCM, l'objectiu és la resistència a la descàrrega.

Els TIM de metalls d'aliatge d'indi també es consideren que canvien de fase, ja que també s'estoveixen.

Referències

Categoria:Ciència de materials Categoria:Calorimetria