La elección del TIM idóneo para nuestro diseño puede ser tan crítica como la elección del componente sobre el que actuará y el radiador sobre el que disipará el calor. Cualquier ingeniero que se haya enfrentado por primera vez a los cálculos de un diseño con una parte térmica crítica, bien por aplicación, bien por situación del componente, o bien por el alto consumo de este, afronta un amplio abanico de materiales, formas de radiadores y gama de ventiladores que pueden abrumar.

En esta situación o cuando nos encontramos con problemas para solucionar el estrés y envejecimiento que puede producirse sobre un componente o placa si están sometidos a altas temperaturas, un asesoramiento experto puede ofrecer soluciones adecuadas para cada caso. El equipo de ingenieros del grupo Steliau Technology de la división Thermal &Adhesives, aportan su experiencia desde 1992, la última tecnología para comprobar la idoneidad de las soluciones y los equipos para diseñar y fabricar las soluciones con formas totalmente a medida para la aplicación.

¿Por qué un TIM?
Los materiales no son totalmente lisos (figura 1) cuando miramos a nivel microscópico la sección de la unión del componente y el radiador, y aunque presionemos un material contra el otro, se observa que las irregularidades forman pequeñas burbujas de aire entre las dos superficies y el contacto no es tan directo como nos parece al mirarlo con el ojo humano.

Como el índice de transmisión térmica del aire es muy bajo en comparación con otros materiales, es una necesidad eliminarlo, al igual que homogenizar la superficie para que no existan puntos de contacto, sino una superficie de contacto, efectos que logramos con la utilización de un TIM, que básicamente es un material térmico que por sus características físicas se amolda a las irregularidades nanométricas de las superficies.

¿Qué información se necesita para elegir un TIM?
En este punto nos encontramos con el dilema de qué tipo de material usar. La respuesta no es fácil, si vemos el catálogo de Steliu Technology, dispone de 2.000 referencias en stock y la selección, no solo depende de la conductividad térmica del material cuando queremos disipar, o de la resistencia térmica cuando queremos aislar (figura 2), también hay que tener en cuenta datos como:
Presión de contacto.
Rugosidad de la superficie.
Si la superficie es totalmente plana. (Diferencia de alturas entre componentes en la PCB)
Tiempo.
Temperatura.
Espesor del material. (t/k)
Atributos de relleno.

Por lo tanto, previo a decidir que material debemos usar debemos, hay que responder a ciertas preguntas:
- ¿Cuáles son los componentes entre los que se encuentra el TIM? "Componente a refrigerar y disipador de calor que se ha decidido colocar”
- ¿Los componentes están en contacto o hay un hueco que rellenar?
- ¿Qué grosor tiene el hueco entre el componente y el disipador de calor? Nominal + tolerancia mín. y máx.
- ¿Cómo se monta el componente en el disipador de calor? Tornillos, Clips, etc…
- ¿Existe una impresión disponible y/o dimensiones del TIM? Para, según con que materiales, hacer un elemento a medida del componente, lo que nos ahorrara material y coste, así como garantizar la calidad del producto final.
- ¿Cuál es el calor/potencia (en W) total del componente que se intenta disipar?
- ¿Se espera un valor de rth o de conductividad térmica del TIM?
- ¿Se requiere aislamiento eléctrico?
- Datos del proyecto EAU/SOP, muestra/proto y L/T
Con estos datos ya podemos decidir que gama de TIM a utilizar:
Pad de interfaz delgada es un producto estándar, con gran conductividad térmica, con niveles de rendimiento de 0,8 - 3,0 W/m-K, con refuerzo de película y fibra de vidrio que puede o no tener silicona con versiones conductoras o aislantes eléctricas. Se suele utilizar en aplicaciones que requieren alta rigidez dieléctrica, pero se debe tener en cuenta que requiere una presión firme para no perder eficacia.
Una ventaja fundamental es que se pueden diseñar los pad con la forma o medida que requiera la aplicación; Steliau Technology tiene un equipo de diseño y maquinaria para ajustarse a la necesidad del equipo.
Pad con cambio de fase donde la viscosidad del material cambia en función de la temperatura, Según la gama de producto, se puede encontrar en formato de pad tradicional, el cual a 50º-60º C se produce el cambio de viscosidad, o las llamadas grasas de alto rendimiento. Esta variedad nos permite un margen de rendimiento entre 1.0 – 4.0 W/m-K, con lo que suele utilizarse en aplicaciones de computación de alto rendimiento, pero hay que tener claro el proceso de montaje, puesto que hay que prever colocación de pantallas, plantillas y pads, así como los requerimientos de aislamiento eléctrico.
Masilla termoconductora esta solución también es un producto estándar con niveles de rendimiento entre 1,0 - 8,0 W/m-K que podemos encontrar como materiales curables, compuesto por dos componentes o materiales precurados compuestos de un solo material. En ambos formatos encontramos soluciones con y sin silicona.
Su uso es indicado para grandes volúmenes de producción, para un mejor aprovechamiento es necesario un dispensador del material.
El uso de esta solución tiene la ventaja fundamental de que la presión ejercida sobre el TIM, prácticamente no afecta a su deflexión en comparación a los Pads convencionales.(figura 3)

Estos materiales están evolucionando gracias a la investigación de nuevos materiales, para proporcionar mayor rendimiento calórico y más blandos, o lo que implica esta característica, más re-trabrajables.
Gap Pads (figura 4) son almohadillas que permiten no solo una disipación de calor, también nivelar zonas en tipografías mixtas de componentes en un PCB, para ello se disponen de materiales estándar con rendimientos entre 0,8 - 20,0 W/m-K y un espesor de hasta 6,5 mm con base de silicona y sin silicona. Su diseño es a medida de la aplicación, tanto por su forma como por la conductividad térmica.
Uno de los avances que se está promoviendo en la industria de materiales es la combinación de rendimiento calórico con la absorción de EMIs, haciendo que este tipo de soluciones sean muy atractivas para todo tipo de aplicaciones.

Aplicaciones y soporte
Con esta variedad de rendimientos térmicos y soluciones de materiales las aplicaciones de estos componentes van desde el segmento de potencia con fuentes de alimentación, convertidores CC/CC, cargadores de baterías, SAIs, elementos de inducción, bombas, equipamiento para EV a disipación para LEDs de potencia, elementos de inducción, electrodomésticos y un largo etc. Abarcando mercados verticales tales como industria, sector médico, de defensa, aeroespacial y de telecomunicaciones, iluminación y transporte.

Cada mercado y cada aplicación tienen sus características únicas y especiales, con los 20 años de experiencia del equipo de Steliau Technology se ha acaparado una experiencia y un know-how que permite reducir los costes de desarrollo de productos, ofrecer análisis CFD y consultoría para los mejores acuerdos y recomendaciones en soluciones térmicas. También, soporte para nuevos productos que necesiten una solución térmica o si tiene un producto existente con partes que no funcionan.

Gracias al software (figura 6) de simulación que disponen, les permite el modelado térmico y utilizar una dinámica de fluidos computacional avanzada (CFD), creando modelos precisos de equipos electrónicos que permiten diseños específicos para la industria electrónica, este software se adapta para superar los retos del diseño térmico ayudando al equipo encabezado por tres ingenieros especializados de la división Thermal & Adhesives de Steliau Technology-EUROPE a aportar soluciones inmejorables.

Por Lionel Girardot BU Manager Thermal & Adhesives de Steliau Technology-EUROPE