Una de las especificaciones más importantes a la hora de comprar almohadillas térmicas para cualquier proyecto es la conductividad térmica. Pero aquí es donde surge el problema: ¿deberías elegir una conductividad térmica alta o baja?
Eso es precisamente lo que responderemos en este artículo.
Recuerde que muchas variables afectan la conductividad de la almohadilla térmica, como la resistencia térmica, las condiciones de funcionamiento, el contacto con la superficie, la compresión y el grosor.
Por lo tanto, queremos acabar con la idea de que basta con comprar almohadillas térmicas con la mayor conductividad disponible y centrarnos en una gestión térmica óptima.
¿Qué es la conductividad térmica de las almohadillas térmicas?
Esta es la capacidad de la material de interfaz térmica Conducir el calor. Generalmente, lo expresamos en vatios por metro-kelvin (W/mk). Una mayor conductividad suele implicar una menor resistencia al flujo de calor a través de la almohadilla, siempre que las demás condiciones sean comparables.
Pero hay una importante salvedad.
Los materiales aislantes eléctricos térmicamente conductores suelen ser materiales heterogéneos que contienen polímeros, rellenos, refuerzos u otras capas. ASTM D5470 Se utiliza el término conductividad térmica aparente para caracterizar estos materiales. El método mide la impedancia térmica en estado estacionario y puede utilizarse para calcular la conductividad térmica aparente bajo condiciones de prueba definidas.
Comparación de la conductividad térmica de diferentes materiales para almohadillas térmicas.
| Material de la almohadilla térmica | Conductividad de la almohadilla térmica en W/mk | Características y usos |
| Silicona estándar | · 1 a 5 | • Rentable y altamente compresible • Adecuado para componentes de baja potencia, como matrices de LED y electrónica de consumo en general. |
| Silicona de alto rendimiento | · 8 a 15 | • Ideal para memoria de GPU (VRAM), VRAM de placas base de gama alta y SSD NVMe. • Generalmente se rellena con cargas cerámicas como óxido de aluminio o óxido de zinc. |
| Almohadillas térmicas sin silicona, como las de acrílico o poliuretano. | · 1 a 4 | • No liberar aceite de silicona • Adecuado para dispositivos ópticos y aplicaciones aeroespaciales. |
| materiales de cambio de fase (PCM) | · 5 a 8,5 | • Común en portátiles y chips de alta densidad Son sólidos a temperatura ambiente, pero se funden adquiriendo una consistencia similar a la de la grasa a su temperatura de funcionamiento para eliminar los espacios de aire microscópicos. |
| Láminas de grafito | · De 15 a 35 años o más | Menos compresible pero altamente conductor térmico y eléctrico. |
| Lámina de indio/metal | · Más de 80 | • Restringido a aplicaciones industriales especializadas • Ofrece una transferencia térmica masiva, pero requiere una presión de montaje extremadamente alta. |
Factores a considerar al elegir la conductividad térmica de la almohadilla térmica
1. Empiece con el calor que necesita eliminar.
La primera pregunta no es: "¿Cuál es la conductividad térmica más alta disponible?", sino: "¿Cuánto calor necesita transferir la interfaz térmica?".“
Identifica el calor aproximado que genera el componente y hacia dónde debe ir ese calor.
Las aplicaciones típicas incluyen:
- semiconductores de potencia
- MOSFETs e IGBTs
- Procesadores y tarjetas gráficas, módulos LED, electrónica para automóviles, sistemas de baterías, fuentes de alimentación, equipos de telecomunicaciones y electrónica de control industrial.
Generalmente, las cargas térmicas elevadas justifican el uso de un material de interfaz térmica de mayor rendimiento. Sin embargo, esto no significa que todas las aplicaciones de alta potencia requieran la almohadilla de mayor conductividad disponible.
Si otra parte de ese circuito genera la resistencia térmica dominante, actualizar solo la almohadilla podría ofrecer poca mejora.
Un punto de partida práctico: estimar la generación de calor del componente, la temperatura máxima admisible del componente, la temperatura del disipador o difusor de calor, la trayectoria térmica disponible y el entorno operativo previsto.
2. Entienda qué le indica realmente la clasificación W/m·K.
Conductividad térmica Normalmente se expresa en W/m·K. Describe la capacidad de un material para conducir el calor a través de su espesor bajo condiciones de prueba específicas.
En términos sencillos: un valor más alto de W/m·K significa una mayor capacidad teórica para conducir el calor.
Pero el número por sí solo no indica el rendimiento de la almohadilla en su ensamblaje. Una almohadilla de 12 W/m·K no es automáticamente mejor que una de 6 W/m·K si es demasiado difícil de adaptar o si debe instalarse con un grosor incorrecto.
No compres el que tenga el valor de conductividad más alto. Compra el que tenga la conductividad adecuada para el resto del conjunto.
3. Haga coincidir la conductividad térmica con la resistencia térmica.
Una relación simplificada es R = t / (k × A), donde R es la resistencia térmica, t es el espesor de la almohadilla térmica, k es la conductividad térmica y A es el área de contacto efectiva.
Si se duplica el grosor de la almohadilla manteniendo constantes la conductividad y el área, la resistencia térmica teórica también aumenta. Por eso, una almohadilla delgada, seleccionada adecuadamente y con una conductividad moderada, a veces puede ofrecer un mejor rendimiento que un material con una conductividad mucho mayor y un grosor excesivo.
Su especificación debe incluir el espesor requerido, la resistencia térmica, el área de contacto, la compresión, la dureza, la temperatura de funcionamiento, el aislamiento eléctrico y las condiciones ambientales. El objetivo debe ser el rendimiento térmico en el espesor de interfaz requerido, no simplemente el índice de conductividad.
4. Seleccione la dureza en función de la interfaz.
La dureza está estrechamente relacionada con la compresión y la adaptabilidad. Una almohadilla térmica más blanda generalmente se adapta con mayor facilidad a superficies irregulares. Esto puede ser útil cuando la superficie no es plana, la variación de la separación es significativa, los componentes son mecánicamente sensibles o se requiere una baja fuerza de ensamblaje.
Un material más duro puede ser más adecuado cuando la estabilidad dimensional es importante, se requiere un mayor soporte mecánico, la interfaz es relativamente plana o se dispone de compresión controlada.
La elección correcta depende del ensamblaje. Evalúe conjuntamente la conductividad térmica, el espesor y la dureza.
5. Considere los requisitos de aislamiento eléctrico.
Muchas aplicaciones electrónicas requieren que la interfaz térmica proporcione aislamiento eléctrico y transferencia de calor. Si la almohadilla se ubica entre un componente eléctricamente activo y un disipador de calor conductor, verifique la rigidez dieléctrica, la resistividad volumétrica, la tensión de ruptura y el espesor de aislamiento requerido.
No dé por sentado que todas las almohadillas térmicamente conductoras son aislantes eléctricas. No seleccione un material aislante sin comprobar si su rendimiento térmico cumple con los requisitos.
6. Compruebe la temperatura de funcionamiento.
Su almohadilla térmica debe mantenerse estable en todo el rango de temperatura de funcionamiento. Verifique la temperatura mínima y máxima de funcionamiento, la temperatura de funcionamiento continuo, la exposición a corto plazo y los requisitos de ciclos térmicos.
Un material puede tener un buen rendimiento inicial, pero sufrir cambios mecánicos tras repetidos ciclos térmicos. Según la aplicación, también conviene evaluar la deformación permanente por compresión, la variación de la dureza, la exudación de aceite, la desgasificación, el envejecimiento y el desplazamiento o la fuga del material.
En los componentes electrónicos exigentes, la estabilidad térmica a largo plazo es tan importante como la conductividad térmica inicial.
7. Confirmar el método de prueba de conductividad de la almohadilla.
Los valores de conductividad térmica dependen del método de ensayo del material. La norma ASTM D5470 se utiliza habitualmente para evaluar las propiedades de transmisión térmica de los materiales aislantes eléctricos térmicamente conductores. Este método mide la impedancia térmica en estado estacionario bajo condiciones de ensayo definidas y permite determinar la conductividad térmica aparente. Sin embargo, las condiciones de ensayo no reproducen a la perfección todas las configuraciones reales.
Si el proveedor A informa 8 W/m·K y el proveedor B informa 10 W/m·K, no dé por sentado que el proveedor B tiene el mejor producto. Pregunte qué método de prueba se utilizó, a qué espesor y presión, cuál fue la configuración de la prueba, si el valor es nominal o garantizado, y si es típico o mínimo.
En Gallop, le proporcionaremos una ficha técnica completa que detalla todos nuestros métodos y técnicas de ensayo.
8. Una mayor conductividad térmica no siempre es la mejor opción.
Supongamos que dos almohadillas térmicas pueden mantener el componente dentro del rango de temperatura requerido. Una de ellas cuesta mucho más porque utiliza un sistema de relleno de mayor conductividad. Si la almohadilla más económica ya ofrece un rendimiento térmico suficiente, pagar por una conductividad adicional no necesariamente mejora el producto.
La mejor especificación es aquella que cumple con el margen de rendimiento requerido sin costes de material innecesarios.
Preguntas frecuentes
¿Por qué es importante la conductividad térmica en los materiales de las almohadillas térmicas electrónicas?
La conductividad térmica determina la velocidad a la que el material de la interfaz térmica puede disipar el calor de un sistema para mantener una temperatura de funcionamiento óptima. Por lo tanto, determinará el rendimiento de los componentes, la estabilidad del sistema, la vida útil de los componentes, la protección térmica y la estabilidad general del sistema.
¿Una mayor conductividad térmica implica un mejor rendimiento en las almohadillas térmicas?
No. Debes centrarte en los requisitos específicos del sistema para obtener el material de interfaz térmica necesario.
¿Cuál es la diferencia entre conductividad térmica y resistencia térmica en los materiales de las almohadillas térmicas?
La conductividad térmica se refiere a la capacidad de un material para transferir calor, mientras que la resistencia térmica determina cómo un material específico puede restringir el flujo de calor.
Esto significa que, incluso un material altamente conductor puede tener una resistencia térmica considerable si es demasiado grueso.
¿Una mayor conductividad térmica es mejor para las almohadillas térmicas?
En la mayoría de los casos, un material con mayor conductividad reducirá la resistencia térmica si se seleccionan cuidadosamente los demás parámetros. Sin embargo, esto no siempre garantiza un mejor rendimiento del sistema. Consulte siempre con profesionales.
¿Existe alguna norma que determine la conductividad térmica de las almohadillas térmicas?
En la mayoría de los casos, la norma ASTM D5470 actúa como estándar de referencia para determinar el rendimiento de la almohadilla térmica.
Reflexiones finales
No compre materiales de interfaz térmica basándose únicamente en la conductividad térmica. Es importante verificar todos los parámetros críticos, como el espesor, la compresión, la dureza, el rango de temperatura y el aislamiento eléctrico.
En Gallop, personalizamos cada material de interfaz térmica para adaptarlo a las necesidades únicas y específicas de su aplicación. Obtén un presupuesto personalizado ahora.
