{"id":38108,"date":"2026-11-02T12:45:52","date_gmt":"2026-11-02T12:45:52","guid":{"rendered":"https:\/\/trumonytechs.com\/?p=38108"},"modified":"2026-11-02T12:45:52","modified_gmt":"2026-11-02T12:45:52","slug":"thermal-interface-materials-for-power-electronics-applications","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.trumonytechs.com\/es\/thermal-interface-materials-for-power-electronics-applications\/","title":{"rendered":"Materiales de interfaz t\u00e9rmica para la refrigeraci\u00f3n de componentes electr\u00f3nicos de potencia"},"content":{"rendered":"

Los materiales de interfaz t\u00e9rmica para aplicaciones de electr\u00f3nica de potencia transportan el calor a trav\u00e9s del contacto imperfecto entre un semiconductor de potencia y su disipador de calor o placa fr\u00eda. La elecci\u00f3n de uno es una decisi\u00f3n de sistema, no una b\u00fasqueda del valor m\u00e1s alto en una hoja de datos. Dos superficies planas que parecen planas a\u00fan se tocan en una peque\u00f1a fracci\u00f3n de su \u00e1rea. El aire atrapado en los espacios restantes conduce mal, aproximadamente 0,025 W\/m\u00b7K, por lo que se necesita algo mejor para desplazarlo. Una revisi\u00f3n por pares de la electr\u00f3nica de alta potencia reporta flujos de calor en estado estacionario del orden de 150\u2013200 W\/cm\u00b2, y transitorios pulsados superiores a 400 W\/cm\u00b2. Con esos flujos, una interfaz delgada y mal ajustada puede dominar el aumento de temperatura, incluso cuando todas las dem\u00e1s capas est\u00e1n bien dise\u00f1adas. Las secciones siguientes cubren qu\u00e9 hace la interfaz, por qu\u00e9 la conductividad por s\u00ed sola puede ser enga\u00f1osa, qu\u00e9 familias de materiales est\u00e1n disponibles y c\u00f3mo el espacio, el aislamiento, el curado y el m\u00e9todo de ensamblaje determinan la respuesta.<\/p>\n\n\n\n

Funci\u00f3n de un material de interfaz t\u00e9rmica en una pila de electr\u00f3nica de potencia<\/h2>\n\n\n\n

Un material de interfaz t\u00e9rmica ocupa la \u00fanica capa en la pila de un m\u00f3dulo de potencia que el ensamblaje, no la f\u00edsica, permite controlar libremente. El calor sale del chip y pasa a trav\u00e9s de la uni\u00f3n del chip, el sustrato (a menudo una capa de cobre de uni\u00f3n directa) y la placa base, para luego cruzar al disipador de calor o placa de refrigeraci\u00f3n l\u00edquida. Cada una de estas capas tiene un material y una geometr\u00eda fijos una vez que el m\u00f3dulo est\u00e1 ensamblado. La uni\u00f3n entre la placa base y el disipador es diferente: se rellena durante el ensamblaje y su resistencia depende de la calidad de dicho relleno. Debido a que es variable y a menudo se controla de forma deficiente, esta uni\u00f3n contribuye frecuentemente a la trayectoria t\u00e9rmica total. La magnitud de esta contribuci\u00f3n depende de la pila espec\u00edfica, por lo que conviene verificarla mediante mediciones en lugar de asumirla.<\/p>\n\n\n\n

\"Diagrama<\/figure>\n\n\n\n

La interfaz es importante porque la resistencia de contacto es proporcional a la superficie real de contacto metal-metal, y las superficies mecanizadas ofrecen poca superficie de contacto. La rugosidad superficial, la deformaci\u00f3n por soldadura y el patr\u00f3n de sujeci\u00f3n dejan huecos microsc\u00f3picos y macrosc\u00f3picos. Un material de interfaz t\u00e9rmica (TIM) rellena esos huecos, permitiendo que el calor se conduzca a trav\u00e9s del material s\u00f3lido en lugar de acumularse en el aire. El mismo m\u00f3dulo de potencia puede funcionar a una temperatura notablemente inferior o superior seg\u00fan el material que rellene esos huecos y su aplicaci\u00f3n. Para comprobar la magnitud de este efecto en su propio conjunto de componentes, mida la temperatura de la carcasa o de la uni\u00f3n bajo carga.<\/p>\n\n\n\n

Por qu\u00e9 una mayor conductividad por s\u00ed sola no reduce la temperatura de la uni\u00f3n.<\/h2>\n\n\n\n

Buscar la m\u00e1xima conductividad t\u00e9rmica volum\u00e9trica es una forma com\u00fan de gastar de m\u00e1s y aun as\u00ed no alcanzar el objetivo de temperatura. El valor que llega a la uni\u00f3n representa la resistencia t\u00e9rmica en toda la junta. Esta resistencia depende del grosor de la l\u00ednea de uni\u00f3n y de la resistencia de contacto, al menos tanto como de la conductividad del material. Una pasta de alta conductividad aplicada en exceso puede resultar inferior a un material de conductividad moderada bien utilizado, al igual que una almohadilla r\u00edgida que no se adapta a la fuerza de sujeci\u00f3n disponible.<\/p>\n\n\n\n

El grosor de la l\u00ednea de uni\u00f3n es un factor que a menudo se pasa por alto. Las grasas pueden llegar a tener un grosor de decenas de micras bajo presi\u00f3n. Una almohadilla de separaci\u00f3n suele tener que ser varias veces m\u00e1s gruesa para compensar una interfaz irregular, y la resistencia aumenta aproximadamente con ese grosor. Para m\u00f3dulos de alta potencia, un objetivo com\u00fan es una baja resistencia de uni\u00f3n, generalmente inferior a 1,0 K\u00b7cm\u00b2\/W. Considere este valor como una cifra que depende de las condiciones, no como un est\u00e1ndar. Se alcanza ajustando la conformidad y la aplicaci\u00f3n del material a la separaci\u00f3n real, no midiendo el valor m\u00e1s alto de W\/m\u00b7K disponible. Verifique el resultado como resistencia instalada o temperatura de la carcasa medida bajo carga, ya que la conductividad volum\u00e9trica citada de forma aislada no predice el rendimiento del conjunto.<\/p>\n\n\n\n

Familias de materiales de interfaz t\u00e9rmica (TIM) utilizadas en electr\u00f3nica de potencia y sus ventajas e inconvenientes.<\/h2>\n\n\n\n

Cada familia de TIM sacrifica rendimiento t\u00e9rmico frente a tolerancia de huecos, comportamiento el\u00e9ctrico y capacidad de retrabajo. Por eso, la familia adecuada se determina a partir de la interfaz antes que a partir de una especificaci\u00f3n de conductividad. tipos y caracter\u00edsticas<\/a> La superposici\u00f3n es suficiente como para que la separaci\u00f3n y el ensamblaje sean factores determinantes en la elecci\u00f3n, y no la conductividad nominal. La tabla muestra rangos t\u00edpicos, que dependen de las condiciones, para comparar familias seg\u00fan las dimensiones que influyen en la decisi\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Familia TIM<\/th>Conductividad volum\u00e9trica (W\/m\u00b7K)<\/th>Direcci\u00f3n del flujo de calor<\/th>L\u00ednea de uni\u00f3n\/espacio t\u00edpico<\/th>\u00bfAislante el\u00e9ctrico?<\/th>\u00bfReformable?<\/th>La mejor opci\u00f3n en electr\u00f3nica de potencia.<\/th><\/tr>
Grasa\/pasta t\u00e9rmica<\/td>~2\u201310 (las calificaciones mejoradas son m\u00e1s altas)<\/td>Plano pasante<\/td>Decenas de micras bajo presi\u00f3n<\/td>Depende del grado<\/td>Limitado; riesgo de derrames y desorden.<\/td>Uniones planas y bien sujetas entre el m\u00f3dulo y la placa fr\u00eda.<\/td><\/tr>
Almohadilla de separaci\u00f3n<\/td>~1\u20135<\/td>Plano pasante<\/td>Fracciones de mil\u00edmetro a unos pocos mil\u00edmetros<\/td>Disponibles grados de aislamiento<\/td>S\u00ed<\/td>Espacios irregulares, menor presi\u00f3n de montaje<\/td><\/tr>
Material de cambio de fase<\/td>Depende del grado<\/td>Plano pasante<\/td>Transici\u00f3n delgada y autonivelante por encima de la l\u00ednea de transici\u00f3n.<\/td>Depende del grado<\/td>Semi-permanente<\/td>Juntas planas de alta potencia que requieren una resistencia baja y repetible.<\/td><\/tr>
Relleno de huecos (dispensado)<\/td>~1\u20134<\/td>Plano pasante<\/td>Se ajusta al hueco<\/td>Depende del grado<\/td>Limitado una vez curado<\/td>Tolerancias grandes o desiguales<\/td><\/tr>
Adhesivo termoconductor<\/td>~1\u20134 (grados especializados superiores)<\/td>Plano pasante<\/td>Delgado a moderado<\/td>Depende del grado<\/td>No \u2014 enlace estructural<\/td>Cuando se requiere uni\u00f3n estructural<\/td><\/tr>
Pel\u00edcula de grafito\/carbono<\/td>Alta en el plano; menor a trav\u00e9s del plano<\/td>Propagaci\u00f3n en el plano<\/td>Muy fino<\/td>A menudo son conductores de electricidad.<\/td>Moderado<\/td>Articulaciones delgadas y planas donde la expansi\u00f3n lateral ayuda<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

La resistencia de la junta instalada es el par\u00e1metro que determina la temperatura de la uni\u00f3n. Los valores publicados no se reportan de forma uniforme en todas estas familias, por lo que la columna de conductividad sirve como gu\u00eda aproximada y se debe confirmar la resistencia instalada. Las grasas y los materiales de cambio de fase son adecuados para una interfaz plana y firmemente sujeta, donde alcanzan una l\u00ednea de uni\u00f3n delgada y mantienen una baja resistencia bajo carga. Las almohadillas y los rellenos de huecos dispensados son \u00fatiles cuando el hueco es mayor o irregular y la fuerza de sujeci\u00f3n es limitada. Ofrecen cierta conductividad a cambio de flexibilidad para rellenar el espacio sin sobrecargar el m\u00f3dulo. Los materiales adhesivos proporcionan uni\u00f3n estructural o tolerancia a las vibraciones donde la junta debe soportar carga, a costa de una menor facilidad de reparaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

\"Dispensaci\u00f3n<\/figure>\n\n\n\n

Adaptaci\u00f3n de un material de interfaz t\u00e9rmica (TIM) a la interfaz: separaci\u00f3n, planitud, tensi\u00f3n de ensamblaje y automatizaci\u00f3n.<\/h2>\n\n\n\n

La selecci\u00f3n debe comenzar por la separaci\u00f3n y la planitud de la interfaz. Estas determinan la adaptabilidad que requiere el material antes de que valga la pena comparar su conductividad. Una uni\u00f3n con una tolerancia de unas pocas decenas de micras y una sujeci\u00f3n firme es adecuada para una grasa delgada o una pel\u00edcula de cambio de fase. Una placa base deformada o un conjunto con tolerancias amplias requiere una almohadilla de separaci\u00f3n o un relleno de separaci\u00f3n dispensado que se adapte sin necesidad de alta presi\u00f3n. Mida la separaci\u00f3n real y su variaci\u00f3n a lo largo de la huella, no el valor nominal de dise\u00f1o, ya que esta medici\u00f3n suele cambiar el resultado.<\/p>\n\n\n\n

\"Diagrama<\/figure>\n\n\n\n

Las tensiones de montaje pueden descartar silenciosamente materiales que, de otro modo, ser\u00edan adecuados. Una almohadilla r\u00edgida y de alta conductividad puede transmitir fuerza a trav\u00e9s de un m\u00f3dulo SiC o IGBT de gran tama\u00f1o. Que dicha fuerza sea suficiente para deformar el sustrato o provocar fatiga en las uniones de soldadura durante los ciclos t\u00e9rmicos depende de la construcci\u00f3n del m\u00f3dulo y del dise\u00f1o de la abrazadera. Solicite al proveedor datos de compresi\u00f3n-deformaci\u00f3n y comp\u00e1relos con la fuerza que su dise\u00f1o mec\u00e1nico puede aplicar realmente. La opci\u00f3n m\u00e1s flexible suele ser la m\u00e1s fiable, incluso con una conductividad menor.<\/p>\n\n\n\n

El m\u00e9todo de automatizaci\u00f3n determina qu\u00e9 materiales mantienen su repetibilidad a gran escala. Los rellenos de huecos dispensados y las grasas impresas con plantilla se adaptan a las l\u00edneas automatizadas y permiten un control unitario de la l\u00ednea de uni\u00f3n. Las almohadillas colocadas manualmente sacrifican parte de ese control a cambio de herramientas m\u00e1s sencillas. Un material que un t\u00e9cnico aplica bien a mano puede variar m\u00e1s una vez que se coloca a gran escala, por lo que es fundamental validar el m\u00e9todo de aplicaci\u00f3n con datos unitarios de la l\u00ednea de uni\u00f3n o la resistencia antes de tomar una decisi\u00f3n. Cuando se consideran la interfaz, el hueco, el aislamiento y el proceso, lo que justifica la selecci\u00f3n es priorizar esas restricciones, no clasificar por conductividad.<\/p>\n\n\n\n

Aislamiento el\u00e9ctrico, curado y fiabilidad bajo ciclos t\u00e9rmicos<\/h2>\n\n\n\n

Primero, defina la funci\u00f3n el\u00e9ctrica de la interfaz, ya que esto puede descartar familias enteras de materiales. Cuando el material de interfaz t\u00e9rmica (TIM) se ubica entre una placa base activa y un disipador de calor conectado a tierra, y proporciona aislamiento, debe ser el\u00e9ctricamente aislante con un margen suficiente. Los materiales aislantes suelen tener una rigidez diel\u00e9ctrica de varios kV\/mm. El valor \u00fatil depende del producto y el espesor espec\u00edficos, por lo que conviene confirmarlo en la hoja de datos. Si el aislamiento se gestiona en otra parte de la pila, se abren opciones el\u00e9ctricamente conductoras, como materiales con carga met\u00e1lica o grafito. El problema de dise\u00f1o radica entonces en mantenerlos alejados de las pistas cercanas.<\/p>\n\n\n\n

El comportamiento de curado y adhesi\u00f3n determina si la uni\u00f3n es reparable. Las grasas, geles y almohadillas que no se curan permiten reparar o reemplazar un m\u00f3dulo. Un adhesivo termoconductor se cura formando una uni\u00f3n estructural que resiste la vibraci\u00f3n, pero generalmente no se puede reparar sin da\u00f1ar la uni\u00f3n, dependiendo del adhesivo. Elija un material que se cure solo cuando la adhesi\u00f3n sea un requisito, ya que esto afecta la reparaci\u00f3n, la gesti\u00f3n de la garant\u00eda y la reparaci\u00f3n de la l\u00ednea.<\/p>\n\n\n\n

La fiabilidad durante los ciclos t\u00e9rmicos es donde una buena medici\u00f3n inicial puede fallar en servicio. Las grasas pueden sufrir exudaci\u00f3n y secado debido a que la expansi\u00f3n y contracci\u00f3n repetidas expulsan material de la junta. Las almohadillas pueden sufrir deformaci\u00f3n permanente por compresi\u00f3n, y los coeficientes de dilataci\u00f3n t\u00e9rmica incompatibles pueden provocar delaminaci\u00f3n o huecos que aumentan la resistencia con el tiempo. La rapidez con la que aparecen estos problemas depende de la qu\u00edmica del material, la presi\u00f3n de sujeci\u00f3n, la l\u00ednea de uni\u00f3n y el rango de temperatura y perfil de ciclo al que est\u00e1 expuesta la pieza, por lo que deben considerarse riesgos para la cualificaci\u00f3n, no certezas. La norma ASTM D5470 proporciona una base com\u00fan para medir la transferencia de calor en estado estacionario y la resistencia t\u00e9rmica en condiciones espec\u00edficas. No reproduce el envejecimiento, por lo que debe combinarse con datos de exudaci\u00f3n y ciclos t\u00e9rmicos para las temperaturas que realmente experimentan sus componentes electr\u00f3nicos de potencia.<\/p>\n\n\n\n

Aplicaci\u00f3n de materiales de interfaz t\u00e9rmica (TIM) en la ruta de la celda al refrigerante en bater\u00edas de veh\u00edculos el\u00e9ctricos y sistemas de almacenamiento de energ\u00eda (ESS).<\/h2>\n\n\n\n

En un paquete de bater\u00edas para veh\u00edculos el\u00e9ctricos o sistemas de almacenamiento de energ\u00eda, un material de interfaz t\u00e9rmica (TIM) interviene en m\u00e1s de una ruta de disipaci\u00f3n de calor, y estas rutas no forman una \u00fanica cadena en serie. Las celdas disipan el calor a trav\u00e9s de su propia interfaz hacia una placa fr\u00eda o estructura de refrigeraci\u00f3n: celda a TIM y de ah\u00ed a la placa fr\u00eda. La electr\u00f3nica de potencia forma una ruta independiente, donde la uni\u00f3n del semiconductor transfiere el calor a trav\u00e9s de su encapsulado y placa base, a trav\u00e9s de un TIM y hacia un disipador de calor o placa fr\u00eda. El inversor de tracci\u00f3n y sus m\u00f3dulos IGBT o SiC no constituyen una capa obligatoria entre las celdas y el refrigerante. Son una carga paralela en la misma arquitectura de refrigeraci\u00f3n. Si se eligen adecuadamente, ambas interfaces mantienen la resistencia de su propia ruta dentro de los l\u00edmites permitidos durante el ciclo de trabajo del paquete.<\/p>\n\n\n\n

\"Materiales<\/figure>\n\n\n\n

La forma de la interfaz difiere seg\u00fan la ubicaci\u00f3n, as\u00ed que conf\u00edrmela con el paquete y el montaje reales en lugar de asumirla. Las placas base de los m\u00f3dulos de potencia con sujeci\u00f3n r\u00edgida pueden presentar juntas planas y bien controladas donde una fina capa de grasa o una pel\u00edcula de cambio de fase resulta beneficiosa. La electr\u00f3nica del lado de la bater\u00eda y las placas de control suelen presentar huecos irregulares que se adaptan a rellenos y almohadillas compresibles, pero verifique la planitud, la sujeci\u00f3n y el hueco en el conjunto real. La compatibilidad de cada interfaz con su refrigerador es donde se ve el beneficio a nivel de paquete, porque la placa fr\u00eda mejor mecanizada se desperdicia si la junta que la alimenta es gruesa o tiene huecos. Trumonytechs desarrolla materiales de interfaz t\u00e9rmica y placas fr\u00edas l\u00edquidas compatibles para la refrigeraci\u00f3n de paquetes de bater\u00edas y electr\u00f3nica de potencia; Descubra nuestras soluciones TIM<\/a> emparejar un relleno de huecos, una almohadilla o un material dispensado con el componente de refrigeraci\u00f3n contra el que se asienta. La misma disciplina se aplica dondequiera que se encuentren los componentes electr\u00f3nicos de potencia, desde un inversor de veh\u00edculo hasta paquetes de bater\u00edas de almacenamiento de energ\u00eda en centros de datos<\/a>, donde el ciclo de trabajo y la variaci\u00f3n del espacio determinan el material m\u00e1s que cualquier cifra de conductividad individual.<\/p>\n\n\n\n

Conclusi\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n

La interfaz, no la hoja de datos, debe determinar el material de interfaz t\u00e9rmica para la electr\u00f3nica de potencia. Antes de preseleccionar cualquier material, establezca cuatro restricciones: la separaci\u00f3n y su variaci\u00f3n, la fuerza de sujeci\u00f3n que permite el dise\u00f1o mec\u00e1nico, si la uni\u00f3n debe aislar y si debe permanecer en condiciones de mantenimiento. Deje que estas restricciones reduzcan la familia de opciones y, posteriormente, que la conductividad decida el resultado final. Tratar una alta clasificaci\u00f3n W\/m\u00b7K como objetivo es un error, ya que el grosor de la l\u00ednea de uni\u00f3n, la resistencia de contacto y el comportamiento c\u00edclico son lo que realmente afecta a la uni\u00f3n. Confirme la elecci\u00f3n midiendo la resistencia instalada o la temperatura de la carcasa bajo carga real. Finalmente, califique las grasas para su bombeo durante la vida \u00fatil del paquete seg\u00fan un n\u00famero de ciclos definido, un rango de temperatura, una condici\u00f3n de sujeci\u00f3n y un criterio de fallo, no un valor gen\u00e9rico de vida \u00fatil.<\/p>\n\n\n\n

PREGUNTAS FRECUENTES<\/h2>\n\n\n\n

\u00bfNecesito una almohadilla t\u00e9rmica o pasta t\u00e9rmica para un m\u00f3dulo IGBT?<\/h3>\n\n\n\n

La elecci\u00f3n debe corresponder a la uni\u00f3n, no al nombre del m\u00f3dulo. La pasta t\u00e9rmica es adecuada para una placa base IGBT plana y firmemente sujeta, ya que alcanza una l\u00ednea de uni\u00f3n delgada. Una almohadilla t\u00e9rmica es m\u00e1s apropiada para espacios irregulares o dise\u00f1os con fuerza de sujeci\u00f3n limitada. La pasta ofrece menor resistencia cuando la interfaz funciona correctamente; una almohadilla sacrifica algo de conductividad a cambio de flexibilidad y una colocaci\u00f3n m\u00e1s sencilla y repetible.<\/p>\n\n\n\n

\u00bfQu\u00e9 conductividad t\u00e9rmica necesito realmente para un m\u00f3dulo de potencia de SiC?<\/h3>\n\n\n\n

El objetivo \u00fatil es una baja resistencia de uni\u00f3n instalada, no un \u00fanico valor de conductividad, ya que el grosor de la l\u00ednea de uni\u00f3n y la resistencia de contacto suelen ser m\u00e1s importantes. Para m\u00f3dulos de alta potencia, una resistencia de uni\u00f3n inferior a aproximadamente 1,0 K\u00b7cm\u00b2\/W es un objetivo com\u00fan. Se trata de un objetivo que depende de las condiciones espec\u00edficas y que se alcanza adaptando la flexibilidad y la aplicaci\u00f3n del material a la separaci\u00f3n real, no comprando el valor m\u00e1s alto de W\/m\u00b7K disponible en el mercado.<\/p>\n\n\n\n

\u00bfPuedo usar un material de cambio de fase en lugar de grasa para m\u00f3dulos de alta potencia?<\/h3>\n\n\n\n

A menudo, s\u00ed. Los materiales de cambio de fase se eligen frecuentemente para uniones planas de alta potencia porque se ablandan por encima de su temperatura de transici\u00f3n y forman una l\u00ednea de uni\u00f3n fina y de baja resistencia. Mientras que la grasa aplicada manualmente var\u00eda de una unidad a otra, una pel\u00edcula de cambio de fase puede mantener una l\u00ednea de uni\u00f3n m\u00e1s uniforme, aunque conviene confirmarlo para su propio producto y proceso. La desventaja es que la pel\u00edcula es semipermanente y requiere una interfaz plana y bien sujeta para funcionar correctamente.<\/p>\n\n\n\n

\u00bfQu\u00e9 grosor debe tener la l\u00ednea de uni\u00f3n de la interfaz t\u00e9rmica?<\/h3>\n\n\n\n

Busque la l\u00ednea de uni\u00f3n m\u00e1s delgada que permita la interfaz, rellenando al mismo tiempo todos los huecos, ya que la resistencia aumenta con el grosor. Las grasas y las pel\u00edculas de cambio de fase pueden alcanzar decenas de micras bajo presi\u00f3n en una junta plana, mientras que un espacio irregular requiere una almohadilla o relleno m\u00e1s grueso. Mida el espacio real en toda la superficie de contacto en lugar de confiar en el valor nominal.<\/p>\n\n\n\n

\u00bfEs necesario que un material de interfaz t\u00e9rmica (TIM) para electr\u00f3nica de potencia sea el\u00e9ctricamente aislante?<\/h3>\n\n\n\n

Solo cuando la interfaz proporciona aislamiento entre una placa base activa y un disipador de calor conectado a tierra, debe ser aislante con un margen diel\u00e9ctrico adecuado para la tensi\u00f3n aplicada y el espesor. Si el aislamiento se gestiona en otra parte del conjunto, se pueden utilizar materiales conductores, pero el dise\u00f1o debe mantenerlos alejados de los conductores adyacentes.<\/p>\n\n\n\n

Lecturas adicionales<\/h2>\n\n\n\n