Guía de materiales de interfaz térmica
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Materiales de interfaz térmica (TIM)desempeñan un papel fundamental en la conducción del calor entre dos o más superficies sólidas.
Es como el sándwich perfecto: justo cuando crees que lo tienes hecho, lo muerdes y está vacío. Los materiales de interfaz térmica son similares a los elementos ocultos de un sándwich. Desempeñan un papel vital.
Los materiales de interfaz térmica desempeñan un papel importante para garantizar la seguridad y funcionalidad de los componentes de los dispositivos electrónicos. Rellenan el hueco entre dos superficies, mejoran la eficacia de la transferencia de calor y protegen los componentes electrónicos. Esto mejora el rendimiento de todo el sistema de gestión térmica.
En esta guía sobre materiales de interfaz térmica, le ayudaremos a comprender los conceptos básicos de los materiales de interfaz térmica. También explicaremos los distintos tipos de materiales. Por último, trataremos los factores clave que hay que tener en cuenta a la hora de seleccionar un TIM para una aplicación específica.
Índice
¿Qué son los materiales de interfaz térmica?
Los materiales de interfaz térmica (TIM) desempeñan un papel fundamental en la gestión térmica de los dispositivos electrónicos. Son una solución de gestión térmica pasiva rentable y energéticamente eficiente. Los TIM están diseñados para mantener eficazmente la temperatura de funcionamiento de los dispositivos y componentes electrónicos.
Existe una amplia gama de TIM. Incluyen materiales de cambio de fase, rellenadores de huecos y grasas térmicamente conductoras. También hay materiales menos comunes.
Están diseñados para transferir calor entre las superficies de dos o más componentes electrónicos. Desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento de la temperatura de los dispositivos electrónicos.
Tipos de materiales de interfaz térmica
Se utilizan diversas interfaces térmicas para satisfacer necesidades específicas de gestión térmica en distintos sectores. Los tipos más comunes incluyen cintas conductoras térmicas, grasas, geles, adhesivos conductores térmicos, almohadillas dieléctricas, materiales de cambio de fase y materiales avanzados. A continuación, trataremos los principales tipos para ayudarle a elegir con conocimiento de causa las distintas aplicaciones.
Cintas termoconductoras
Las cintas termoconductoras se utilizan en una amplia gama de aplicaciones. Se utilizan como conexión de disipadores de calor con estabilidad mecánica y propiedades adhesivas.
Las cintas termoconductoras sólo necesitan presión para funcionar. Sus requisitos de hardware son muy reducidos en comparación con otros materiales de interconexión alternativos.
Se suele utilizar para pegar luces LED y paquetes de semiconductores a superficies de disipadores de calor. Sin embargo, no suele ser adecuado para paquetes Ball Grid Array (BGA) con superficies superiores cóncavas.
Pastas, masillas, geles y grasas
Estos productos se fabrican en estado fluido a temperatura ambiente. Se utilizan para rellenar superficies irregulares o huecos entre superficies sin contacto. Las grasas se aplican en capas finas para reducir la resistencia térmica entre superficies.
Estos productos suelen diseñarse para ser no conductores desde el principio, o conductores en función de las necesidades. Sin embargo, su uso en equipos electrónicos que requieren aislamiento puede ser problemático. Los ingenieros deben ser informados de los posibles problemas con suficiente antelación.
Materiales de cambio de fase
Material de cambio de fase (PCM) cambian de sólido a líquido a temperaturas más bajas, normalmente entre 131 y 149°F. Son una alternativa a los materiales de interfaz a base de grasa.
Sus propiedades únicas de cambio de fase facilitan su manipulación y procesamiento. También mantienen las propiedades humectantes de los fluidos a temperaturas de funcionamiento más elevadas.
Esta propiedad permite a PCM conseguir un proceso manual más limpio y sin problemas de secado. Además, pueden preensamblarse en el futuro.
Adhesivos líquidos y para macetas
Los adhesivos térmicos son colas diseñadas para la transferencia simultánea de calor. Pueden presentarse en forma de cintas sensibles a la presión, láminas sensibles a la presión o formas de curado líquido. Los compuestos de encapsulado térmico se utilizan principalmente para proporcionar una encapsulación protectora. También permiten la transferencia de calor desde el interior del sistema a la carcasa. Los compuestos de encapsulado térmico pueden tener diversas propiedades adhesivas y mecánicas tras el curado, y algunos incluso conservan una textura gomosa y blanda cuando están totalmente curados.
Materiales avanzados
Se trata de un nuevo tipo de material conductor térmico. Se basa en una composición relativamente nueva de materiales térmicos. Estos materiales se basan en el grafito pirolítico, que tiene unas propiedades anisótropas poco habituales.
Estos materiales son adecuados para transferir calor en espacios reducidos. También son flexibles y moderadamente conductores.
Son especialmente útiles para los modernos dispositivos y aplicaciones de consumo. Se demandan soluciones de gestión térmica de alta calidad.
Relleno de huecos: consideraciones dimensionales
A la hora de seleccionar el material de interfaz térmica adecuado, comprenda en detalle las dimensiones de la aplicación. Evite tomar decisiones erróneas, especialmente al realizar el relleno de huecos. La interfaz térmica es el diminuto espacio entre el disipador de calor y el componente. El medio conductor térmico que se utiliza en ella es el TMI.
Las interfaces térmicas suelen ser muy pequeñas, normalmente medidas en micras. Las aplicaciones de relleno de huecos se centran más en la distancia entre el elemento y la carcasa metálica que encierra el conjunto electrónico. Esta distancia suele medirse en milímetros.
La diferencia dimensional entre milímetros y micras es fundamental para el rendimiento del material conductor térmico elegido. La selección de un material conductor térmico adecuado puede ayudar a minimizar la posibilidad de sobrecalentamiento de los dispositivos electrónicos.
Al seleccionar un material de relleno de huecos, asegúrese de que sea conductor y lo suficientemente estrecho para la aplicación. Muchos rellenadores de huecos están hechos de silicona porque ésta es variable y conductora térmica. Además, algunas almohadillas térmicas pueden contener polvos cerámicos para mejorar la conductividad térmica.
Los epoxis y los cauchos, como los cauchos de silicona, suelen tener una baja conductividad térmica. Por ello, se utilizan principalmente para aislar eléctricamente dispositivos. También se utilizan para unir dispositivos durante la disipación de calor. Al seleccionar un material para rellenar un hueco, hay que tener muy en cuenta su conductividad térmica y su idoneidad.
Almohadillas y pasta termoconductoras
A la hora de elegir un material termoconductor, hay una gran variedad de opciones disponibles, como almohadillas y pastas termoconductoras. Decidir qué tipo de material conductor térmico elegir depende de factores como la aplicación, el diseño de producción y las propiedades clave que deben alcanzarse.
La elección de la almohadilla térmica o la pasta térmica depende de si es necesario fijar el disipador de calor mediante un material de interconexión. Si es así, un compuesto de unión, como una almohadilla conductora térmica, puede ser una mejor opción.
Las almohadillas termoconductoras ofrecen una ventaja añadida. Suelen estar precortadas al tamaño adecuado para garantizar una aplicación más fluida.
Sin embargo, es importante señalar que ambas opciones introducen una capa de interfaz más gruesa y una mayor resistencia térmica. A la hora de sopesar las opciones, hay que tener en cuenta los requisitos de rendimiento del compuesto elegido. También hay que tener en cuenta las condiciones de aplicación.
Los diferentes requisitos térmicos y condiciones ambientales pueden hacer que una u otra opción sea más adecuada para una situación concreta.
Elección del TIM adecuado para su aplicación
Tenga en cuenta las siguientes propiedades clave a la hora de seleccionar el material de interfaz térmica (TIM) adecuado para su aplicación.
Conductividad térmica: La conductividad térmica de un TIM es un indicador clave de la cantidad de calor que el TIM puede transferir a través de la interfaz. Los materiales con mayor conductividad térmica suelen ofrecer mejores prestaciones de transferencia de calor. Se trata de un factor importante que debe tenerse en cuenta al comparar distintos materiales de TIM.
Facilidad de aplicación e instalación: Los costes de aplicación e instalación también influyen en la elección del TIM. Por ejemplo, utilizar un compuesto de encapsulado como TIM requiere algunos procesos adicionales para fijar los componentes. Esto alarga el tiempo de montaje. En este punto, puede que la cinta termoconductora sea una mejor opción. Por tanto, a la hora de elegir un TIM, también hay que tener en cuenta el coste global.
Fiabilidad del rendimiento: El TIM debe funcionar de forma constante y fiable durante todo el ciclo de vida del dispositivo electrónico. Esto es especialmente importante en aplicaciones que requieren fiabilidad a largo plazo. Por ejemplo, la aviónica y los equipos de telecomunicaciones. Por lo tanto, el TIM debe seleccionarse para garantizar su fiabilidad y estabilidad. Debe proporcionar un soporte duradero para mantener el rendimiento óptimo del equipo electrónico.
Compatibilidad con materiales de disipación térmica: La compatibilidad es un factor que puede pasarse por alto fácilmente. En algunos casos, puede causar problemas importantes. Verificar la compatibilidad del TIM con cualquier adhesivo térmico o material de disipación de calor utilizado es una tarea importante. Evita posibles efectos adversos.
Factores medioambientales: Antes de seleccionar un TIM deben tenerse en cuenta los factores ambientales y las posibles variaciones térmicas. Compruebe el rendimiento del TIM en diferentes condiciones ambientales. Asegúrese de que el TIM funciona de forma fiable en distintos entornos.
Aplicaciones de los materiales de interfaz térmica
Los materiales de interfaz térmica son un componente clave de los sistemas eficientes de gestión térmica. Se utilizan en una amplia gama de industrias para garantizar una disipación eficaz del calor de los dispositivos electrónicos y evitar sobrecargas de temperatura localizadas. A continuación se enumeran algunas de las principales industrias en las que se utilizan materiales de interfaz térmica:
Telecomunicaciones: Los equipos de la industria de las telecomunicaciones suelen funcionar en entornos muy integrados y de alta densidad de potencia. Los TIM se utilizan en estaciones base de telecomunicaciones y equipos de comunicaciones. También se utilizan en equipos de comunicaciones de fibra óptica. Los TIM garantizan que el calor se transfiera y disipe eficazmente de estos equipos, manteniendo temperaturas de funcionamiento seguras.
Servidores: Los equipos informáticos de alto rendimiento de servidores y centros de datos generan mucho calor. Los TIM desempeñan un papel importante en la unidad central de procesamiento (CPU), la unidad de procesamiento gráfico (GPU) y otros componentes de disipación de calor del servidor. Mantienen la estabilidad y el rendimiento de los equipos.
Juegos de azar: Los procesadores gráficos de alto rendimiento del sector de los videojuegos requieren un sistema de gestión térmica eficaz para evitar el sobrecalentamiento del dispositivo. Los TIM se utilizan ampliamente en consolas de videojuegos, tarjetas gráficas y otros dispositivos de juego. Garantizan que estos dispositivos mantengan temperaturas de funcionamiento adecuadas bajo cargas elevadas.
Automóvil: Los automóviles modernos incorporan cada vez más dispositivos electrónicos. Entre ellos se encuentran las unidades de control del motor, los sistemas de infoentretenimiento y las tecnologías de asistencia al conductor. Los TIM garantizan que estos componentes electrónicos funcionen correctamente en una amplia gama de condiciones de temperatura en el interior del vehículo.
Aeroespacial: El sector aeroespacial plantea grandes exigencias al control de la temperatura de los equipos electrónicos. Los TIM desempeñan un papel clave en los compartimentos electrónicos, los sistemas de navegación y los equipos de comunicaciones de aviones y naves espaciales. Garantizan el funcionamiento fiable de los equipos en entornos extremos.
Conclusión
Los materiales de interfaz térmica (TIM) son un elemento esencial y clave en varias industrias. Proporcionan un soporte fiable para unos sistemas de gestión térmica eficientes. Desde las telecomunicaciones hasta los servidores, pasando por los juegos, la automoción y la industria aeroespacial, desempeñan un papel nada desdeñable. Garantizan que los dispositivos electrónicos puedan disipar eficazmente el calor en entornos de alta potencia y alto rendimiento. También evitan sobrecargas de temperatura localizadas y mantienen un rango de temperatura de funcionamiento seguro para los equipos.
Como fabricante profesional, Trumonytechs trabaja en estrecha colaboración con nuestros clientes. Conocen sus preferencias en cuanto a tipos de material y aplicaciones. Realizan pruebas constantemente. Estamos plenamente comprometidos a ayudar a nuestros clientes a encontrar el TIM más adecuado para sus necesidades. comprometidos a suministrar productos de alto rendimiento y calidad.