¿Por qué se calientan los dispositivos electrónicos?
Los dispositivos electrónicos se calientan debido al calentamiento Joule , un fenómeno físico fundamental: cuando la corriente fluye a través de un material conductor, los electrones chocan con los átomos y generan calor debido a la resistencia eléctrica.
Los componentes modernos de alta potencia, como CPU, GPU, LED y convertidores de potencia, disipan grandes cantidades de energía térmica.
Para mantener el rendimiento y la confiabilidad, los sistemas utilizan gestión térmica para mantener la temperatura bajo control.
Los métodos de enfriamiento se dividen ampliamente en:
Refrigeración pasiva : utiliza conducción natural, convección y radiación sin energía externa.
Refrigeración activa : utiliza sistemas eléctricos (ventiladores, bombas) para lograr mayores tasas de eliminación de calor, aunque a costa de energía y mayor complejidad.
En muchos casos, los materiales de interfaz térmica (TIM) mejoran la eficiencia de enfriamiento pasivo al reemplazar los espacios de aire con materiales térmicamente conductores, lo que reduce significativamente la resistencia térmica y aumenta la transferencia de calor.
¿Por qué se calientan los dispositivos electrónicos?
Los dispositivos electrónicos se calientan debido al calentamiento Joule , un fenómeno físico fundamental: cuando la corriente fluye a través de un material conductor, los electrones chocan con los átomos y generan calor debido a la resistencia eléctrica.
Los componentes modernos de alta potencia, como CPU, GPU, LED y convertidores de potencia, disipan grandes cantidades de energía térmica.
Para mantener el rendimiento y la confiabilidad, los sistemas utilizan gestión térmica para mantener la temperatura bajo control.
Los métodos de enfriamiento se dividen ampliamente en:
Refrigeración pasiva : utiliza conducción, convección y radiación naturales sin energía externa.
Refrigeración activa : utiliza sistemas eléctricos (ventiladores, bombas) para lograr mayores tasas de eliminación de calor, aunque a costa de energía y mayor complejidad.
En muchos casos, los materiales de interfaz térmica (TIM) mejoran la eficiencia de enfriamiento pasivo al reemplazar los espacios de aire con materiales térmicamente conductores, lo que reduce significativamente la resistencia térmica y aumenta la transferencia de calor.
¿Qué ocurre durante el montaje?
Al unir dos superficies, se crean pequeños picos y valles microscópicos que crean pequeños espacios de aire, ya que las superficies reales no son perfectamente lisas. Estos espacios atrapan el aire, que tiene una conductividad térmica muy baja, y aumentan significativamente la resistencia térmica por contacto . Para mejorar la transferencia de calor, se utilizan rellenos térmicos de espacios (TIM) para compensar mejor estas irregularidades.
En un dispositivo típico, existen varias interfaces entre la fuente de calor (p. ej., un chip) y el disipador final. Algunas interfaces son uniones permanentes , como soldadura o adhesivo.
Otras no son permanentes , por ejemplo, un componente atornillado mecánicamente a un disipador térmico o un módulo acoplado a un chasis. Todas estas interfaces contribuyen a la trayectoria térmica general y deben optimizarse para minimizar la resistencia.
Al unir dos superficies, se crean pequeños picos y valles microscópicos que crean pequeños espacios de aire, ya que las superficies reales no son perfectamente lisas. Estos espacios atrapan el aire, que tiene una conductividad térmica muy baja, y aumentan significativamente la resistencia térmica por contacto . Para mejorar la transferencia de calor, se utilizan rellenos térmicos de espacios (TIM) para compensar mejor estas irregularidades.
En un dispositivo típico, existen varias interfaces entre la fuente de calor (p. ej., un chip) y el disipador final. Algunas interfaces son uniones permanentes , como soldadura o adhesivo.
Otras no son permanentes , por ejemplo, un componente atornillado mecánicamente a un disipador térmico o un módulo acoplado a un chasis. Todas estas interfaces contribuyen a la trayectoria térmica general y deben optimizarse para minimizar la resistencia.
Materiales de interfaz térmica para su aplicación
Silicona termoconductora
La silicona termoconductora es un material de interfaz térmica rentable que también proporciona un excelente sellado ambiental. Es ideal cuando se requiere una conductividad térmica moderada, especialmente en aplicaciones donde el aislamiento eléctrico no es crítico.
Estas siliconas están disponibles en diversos formatos: perfiles extruidos, juntas tóricas articuladas, láminas grandes (p. ej., 380 mm × 508 mm) o formas troqueladas de precisión. Para mayor comodidad, pueden incorporar una capa patentada de adhesivo sensible a la presión (PSA) ultrafino, que minimiza el impacto en la conductividad térmica.
Con baja resistencia térmica a baja compresión, este material se adapta bien a superficies irregulares o de alta tolerancia, a la vez que genera una tensión de rebote mínima, lo que reduce la tensión en los componentes electrónicos delicados durante el ensamblaje. Ideal para rellenar huecos variables, garantiza una transferencia de calor fiable sin comprometer la integridad mecánica.
Lámina de grafito
Una lámina de grafito, también conocida comúnmente como
- Conductividad térmica ultra alta: la conductividad en el plano varía de ~150 a 1500 W/m·K, superando a muchos metales.
- Estabilidad química y térmica: Hecho de carbono de alta pureza, permanece estable desde -40 °C hasta +400 °C y resiste la corrosión.
- Flexible y adaptable: delgado, flexible y capaz de adaptarse a superficies planas o curvas con facilidad.
- Ligero: mucho más liviano que los disipadores de calor de metal tradicionales: aproximadamente un 25 % más liviano que el aluminio y aproximadamente un 75 % más liviano que el cobre.
- Baja conductividad en el plano: restringe la propagación lateral del calor, lo que ayuda a concentrar el enfriamiento en la zona caliente y proteger los componentes vecinos.
- Alta relación de anisotropía: la relación entre la conductividad en el plano y la conductividad a través del plano define la eficacia: relaciones más altas significan un control direccional más fuerte.
Anisótropo Térmico Conductivo Compuesto Hoja
Una lámina compuesta termoconductora anisotrópica es un TIM diseñado para conducir el calor principalmente en una dirección (a través del plano, eje Z), a la vez que limita la propagación del calor en las direcciones dentro del plano (X e Y). Este diseño ayuda a canalizar el calor directamente desde los componentes calientes, como CPU o módulos de potencia, hacia un disipador térmico, sin permitir que el calor lateral afecte a las piezas sensibles cercanas.
Alta conductividad a través del plano: proporciona una “ruta” térmica rápida desde la fuente de calor hasta la estructura de enfriamiento; las versiones basadas en polímeros varían de ~3 a 20 W/m·K; los compuestos alineados con fibra o grafito pueden superar los 50 W/m·K.
Gestión térmica personalizada: ideal para dispositivos electrónicos densamente empaquetados, chips apilados en 3D o módulos de potencia donde se debe maximizar el flujo de calor vertical sin sobrecalentar la placa.
Malla de cobre con grafito
La malla de grafito y cobre es un compuesto híbrido que fusiona una malla continua de cobre con grafito, combinando la excelente conductividad eléctrica del cobre con la lubricidad y estabilidad térmica del grafito para formar un material duradero y de alto rendimiento.
- Altamente conductor: la malla de cobre proporciona una ruta de baja resistencia, lo que permite un flujo de corriente eficiente.
- Autolubricante: El grafito actúa como un lubricante sólido, reduciendo la fricción y el desgaste en contactos deslizantes o móviles.
- Resistente al desgaste: la red de cobre y el grafito juntos ofrecen una mayor durabilidad que el grafito solo u otros compuestos.
- Térmicamente eficiente: tanto el cobre como el grafito ayudan a disipar el calor generado por la fricción o la corriente.
- Estructuralmente robusto: la estructura de malla garantiza una integridad mecánica y eléctrica continua, mejorando el rendimiento a lo largo del tiempo.
Ideal para electrónica flexible, sensores, contactos deslizantes y módulos de alto rendimiento donde la conductividad confiable, la resistencia al desgaste y la autolubricación son esenciales.
Silicona conductora térmica
La silicona termoconductora es un material de interfaz térmica rentable que también proporciona un excelente sellado ambiental. Es ideal cuando se requiere una conductividad térmica moderada, especialmente en aplicaciones donde el aislamiento eléctrico no es crítico.
Estas siliconas están disponibles en diversos formatos: perfiles extruidos, juntas tóricas articuladas, láminas grandes (p. ej., 380 mm × 508 mm) o formas troqueladas de precisión. Para mayor comodidad, pueden incorporar una capa patentada de adhesivo sensible a la presión (PSA) ultrafino, que minimiza el impacto en la conductividad térmica.
Con baja resistencia térmica a baja compresión, este material se adapta bien a superficies irregulares o de alta tolerancia, a la vez que genera una tensión de rebote mínima, lo que reduce la tensión en los componentes electrónicos delicados durante el ensamblaje. Ideal para rellenar huecos variables, garantiza una transferencia de calor fiable sin comprometer la integridad mecánica.
Lámina de grafito
Una lámina de grafito, también conocida comúnmente como
- Conductividad térmica ultra alta: la conductividad en el plano varía de ~150 a 1500 W/m·K, superando a muchos metales.
- Estabilidad química y térmica: Hecho de carbono de alta pureza, permanece estable desde -40 °C hasta +400 °C y resiste la corrosión.
- Flexible y adaptable: delgado, flexible y capaz de adaptarse a superficies planas o curvas con facilidad.
- Ligero: mucho más liviano que los disipadores de calor de metal tradicionales: aproximadamente un 25 % más liviano que el aluminio y aproximadamente un 75 % más liviano que el cobre.
- Baja conductividad en el plano: restringe la propagación lateral del calor, lo que ayuda a concentrar el enfriamiento en la zona caliente y proteger los componentes vecinos.
- Alta relación de anisotropía: la relación entre la conductividad en el plano y la conductividad a través del plano define la eficacia: relaciones más altas significan un control direccional más fuerte.
Anisótropo Térmico Conductivo Compuesto Hoja
Una lámina compuesta termoconductora anisotrópica es un TIM diseñado para conducir el calor principalmente en una dirección (a través del plano, eje Z), a la vez que limita la propagación del calor en las direcciones dentro del plano (X e Y). Este diseño ayuda a canalizar el calor directamente desde los componentes calientes, como CPU o módulos de potencia, hacia un disipador térmico, sin permitir que el calor lateral afecte a las piezas sensibles cercanas.
Alta conductividad a través del plano: proporciona una “ruta” térmica rápida desde la fuente de calor hasta la estructura de enfriamiento; las versiones basadas en polímeros varían de ~3 a 20 W/m·K; los compuestos alineados con fibra o grafito pueden superar los 50 W/m·K.
Gestión térmica personalizada: ideal para dispositivos electrónicos densamente empaquetados, chips apilados en 3D o módulos de potencia donde se debe maximizar el flujo de calor vertical sin sobrecalentar la placa.
Malla de cobre y grafito
La malla de grafito y cobre es un compuesto híbrido que fusiona una malla continua de cobre con grafito, combinando la excelente conductividad eléctrica del cobre con la lubricidad y estabilidad térmica del grafito para formar un material duradero y de alto rendimiento.
- Altamente conductor: la malla de cobre proporciona una ruta de baja resistencia, lo que permite un flujo de corriente eficiente.
- Autolubricante: El grafito actúa como un lubricante sólido, reduciendo la fricción y el desgaste en contactos deslizantes o móviles.
- Resistente al desgaste: la red de cobre y el grafito juntos ofrecen una mayor durabilidad que el grafito solo u otros compuestos.
- Térmicamente eficiente: tanto el cobre como el grafito ayudan a disipar el calor generado por la fricción o la corriente.
- Estructuralmente robusto: la estructura de malla garantiza una integridad mecánica y eléctrica continua, mejorando el rendimiento a lo largo del tiempo.
Ideal para electrónica flexible, sensores, contactos deslizantes y módulos de alto rendimiento donde la conductividad confiable, la resistencia al desgaste y la autolubricación son esenciales.
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