Las almohadillas y pastas térmicas se utilizan habitualmente en electrónica, módulos de potencia y dispositivos informáticos de alto rendimiento para facilitar la transferencia de calor. Sin embargo, sustituir las almohadillas por pasta térmica supone un reto térmico y de fabricación para los fabricantes de equipos eléctricos, los diseñadores y los equipos de aprovisionamiento.
Esta guía abarca las consideraciones de compatibilidad, el proceso y los factores a tener en cuenta al realizar el cambio.
Almohadilla térmica vs. pasta térmica: una comparación rápida
| Característica | almohadilla térmica | Pasta térmica |
| rendimiento de transferencia de calor | Bien | Mejor |
| Capacidad de rellenar huecos | Excelente | Limitado |
| Facilidad de instalación | Rápido | Lento |
| Esperanza de vida | Entre 5 y 20 años, dependiendo del tipo de materiales, la compresión y la temperatura de funcionamiento. | De 3 a 5 años para aplicaciones estándar y de 5 a 10 años para formulaciones industriales de alta gama. |
| Componentes que normalmente utilizan | VRM, MOSFETs, chips de memoria, módulos LED, inductores de potencia, sistema de baterías. | CPU, GPU, ASIC, IGBT, módulos de alimentación y procesadores. |
| Requisito de contacto | Conecta las diferencias de altura y las superficies irregulares. | Requiere un contacto estrecho entre el componente y el disipador de calor. |
| Costo | Las almohadillas estándar cuestan aproximadamente $0,10-$5 por unidad. Las almohadillas troqueladas personalizadas de alto rendimiento pueden costar más de $5-$20 cada una. | El costo de la pasta térmica estándar es de aproximadamente $0.05-$2 por gramo. Las formulaciones premium de alto rendimiento pueden costar entre $3 y $10 por gramo. |
Paso 1: Decida si la pasta térmica es un reemplazo adecuado.
• Mida la distancia entre el chip y el disipador de calor.
Se debe medir la distancia entre el paquete del semiconductor y el disipador de calor después del ensamblaje al cambiar un almohadilla térmica para la pasta. Este espacio determina si una cantidad suficiente de calor puede pasar a través de la pasta térmica o si se requerirá un material de relleno para completar el recorrido térmico.
Mida la distancia utilizando galgas de espesores, películas sensibles a la presión, sensores de desplazamiento láser o máquinas de medición por coordenadas (MMC).
• Compruebe el grosor original de la almohadilla térmica.
El grosor original de la almohadilla térmica suele ser el motivo por el que se utiliza una almohadilla en lugar de pasta térmica. El grosor de las almohadillas térmicas de silicona estándar oscila entre 0,5 mm y 5 mm, mientras que las fabricadas a medida pueden superar los 10 mm para aplicaciones especiales.
Por ejemplo, si se reemplaza una almohadilla térmica de 2 mm con pasta térmica sin rediseñar el sistema de montaje, quedará un hueco que no se podrá rellenar con pasta térmica. Si bien la pasta puede ser buena para la conductividad, la resistencia térmica será mucho mayor debido al mayor grosor de la línea de unión.
· Verificar la presión de montaje
La presión de montaje determina la eficacia con la que se extiende la pasta térmica sobre las superficies. Una presión insuficiente daría como resultado una pasta demasiado espesa, mientras que una presión excesiva podría romper el encapsulado cerámico, doblar las placas de circuito impreso o crear defectos en las uniones de soldadura.
• Evaluar la densidad de potencia de los componentes
La densidad de potencia es el calor producido sobre la superficie de un componente. En dispositivos de alta potencia, como procesadores de IA, IGBT y módulos de potencia, la transferencia de calor debe gestionarse eficazmente para garantizar temperaturas de unión seguras superiores a 50-100 W/cm².
Los dispositivos de alta potencia que tienen contacto directo con el disipador de calor utilizan la pasta térmica para reducir la resistencia térmica, ya que forma una fina línea de unión.
• Determinar la carga térmica
Calcule el calor máximo generado en condiciones normales y de máxima demanda. La carga térmica se mide en vatios (W) e indica si el material de la interfaz térmica actual es adecuado para disipar el calor. Por lo general, los productos con altas cargas térmicas requieren una baja resistencia térmica de interfaz.
· Compruebe si el disipador de calor está en contacto directo.
Una vez instalado el disipador de calor, verifique que haya un contacto completo. Durante las pruebas del prototipo, el contacto se puede verificar mediante una película indicadora de presión, un análisis de la huella de contacto o una imagen térmica.
Paso 2: Herramientas y materiales que necesitas
Estas herramientas y materiales se utilizan para una dosificación precisa, un ensamblaje uniforme y procesos de inspección rigurosos, lo que da como resultado un mayor rendimiento en la primera pasada, un menor desperdicio de material y un rendimiento térmico constante para cada lote de producción.
• Equipos de dispensación
Dosifica automáticamente volúmenes de pasta con una precisión de ±3 a ±5%, lo que resulta adecuado para minimizar el desperdicio de material, facilitar las líneas de producción automatizadas y garantizar un espesor uniforme de la línea de unión.
• Medidor de espesor
Comprueba las tolerancias de montaje y mide los espacios entre las interfaces antes de la producción para garantizar que la pasta térmica se ajuste al diseño mecánico y para evitar costosos errores de montaje.
Destornillador dinamométrico
Proporciona un par de apriete controlado para una presión uniforme durante el montaje.
· Estación de trabajo ESD
Protege los componentes sensibles a la electricidad estática durante el ensamblaje, lo que ayuda a reducir las fallas latentes de los componentes, mejora el rendimiento de la fabricación y garantiza una producción electrónica fiable de alto volumen.
Paso 3: Apague y desmonte el dispositivo.
Antes de manipular el conjunto, desconecte las fuentes de alimentación y elimine la energía almacenada antes de retirar el material de interfaz térmica. Traslade el producto a una estación de trabajo protegida contra descargas electrostáticas (ESD) para evitar daños por electricidad estática. Al desmontar, afloje los tornillos del disipador de calor en forma de cruz. Esto distribuye uniformemente la fuerza de sujeción y reduce la tensión mecánica en la placa de circuito impreso (PCB).
Paso 4: Retire la almohadilla térmica existente.
Retire la almohadilla térmica con cuidado para no dañar el paquete de semiconductores ni rayar el disipador de calor. Busque compresión desigual, desgarros, endurecimiento o residuos en la almohadilla retirada. Estos signos pueden estar relacionados con defectos en el grosor de la almohadilla, la presión aplicada y problemas con la superficie que deben solucionarse antes de usar el dispositivo. pasta térmica.
Paso 5: Limpiar las superficies de contacto
La preparación de la superficie influye en la transferencia de calor. Incluso una buena pasta térmica perderá eficacia si hay restos de compuesto térmico antiguo, residuos de silicona, aceite u oxidación en las superficies de contacto. Utilice alcohol isopropílico (IPA) 99% y toallitas sin pelusa para limpiar tanto el disipador de calor como el encapsulado del semiconductor.
Paso 6: Aplicar correctamente la pasta térmica.
• Cantidad de pasta a utilizar
Utilice la cantidad suficiente de pasta para obtener un espesor de línea de unión de 20 a 100 μm después de la compresión. Un exceso de pasta contribuye a una alta resistencia térmica y contamina las piezas adyacentes.
• Métodos de aplicación comunes
tamaño de guisante
Ideal para procesadores cuadrados y envases pequeños. La presión ejercida durante el montaje distribuye la pasta de manera uniforme, minimizando la formación de burbujas de aire y facilitando la dosificación.
Línea pequeña
Adecuado para procesadores rectangulares o módulos de alimentación alargados. La línea se ubica a lo largo de la dimensión más larga y mejora la distribución de la pasta térmica durante la instalación del disipador.
Patrón en X
Se recomienda para procesadores de alta potencia y de mayor tamaño. El diseño proporciona una mejor cobertura de la superficie y minimiza las posibilidades de contacto incompleto en las esquinas.
Paso 7: Vuelva a instalar el disipador de calor.
Coloque con cuidado el disipador de calor sobre el componente, evitando moverlo demasiado sobre la pasta térmica. Un movimiento excesivo puede provocar burbujas de aire y una unión irregular. Una vez ensamblado, compruebe la alineación del disipador y la posición de los tornillos de montaje.
Paso 8: Compruebe si la sustitución de la almohadilla térmica por pasta térmica ha funcionado.
· Ciclo térmico
Realizar varios ciclos de calentamiento y enfriamiento dentro de los rangos de temperatura de funcionamiento, por ejemplo, de -40 °C a 125 °C, para evaluar la estabilidad de la pasta.
• Cargas de referencia
Realice la prueba bajo cargas controladas y mida las temperaturas de la unión y del disipador de calor.
· Inspección infrarroja
Mediante la termografía infrarroja, se pueden localizar puntos calientes, una distribución desigual del calor o un contacto insuficiente con el disipador térmico, que un sensor de temperatura estándar podría no ser capaz de detectar.
Compare las temperaturas antes y después del reemplazo.
Determine la temperatura de la unión, la temperatura de la carcasa y la temperatura del disipador de calor bajo las mismas condiciones ambientales. Un reemplazo eficaz debe lograr reducciones de temperatura uniformes y no generar problemas de montaje ni de fiabilidad.
Preguntas frecuentes
¿Puede la pasta térmica reemplazar por completo una almohadilla térmica?
La pasta térmica solo es efectiva cuando el disipador de calor hace contacto casi directo con el componente. Para diseños que requieren rellenar huecos superiores a 0,2 mm, la almohadilla térmica es la opción óptima.
¿Qué ocurrirá si la brecha es demasiado grande?
Una separación excesiva genera burbujas de aire debido a que la pasta térmica no alcanza el espesor suficiente. Esto aumenta la resistencia térmica, eleva la temperatura de la unión y puede reducir la fiabilidad y la vida útil del producto a largo plazo.
¿Son mejores las pastas térmicas que las almohadillas térmicas?
No siempre. Por lo general, la pasta térmica conduce el calor de forma más eficaz debido a una línea de unión más fina. Las almohadillas térmicas son más eficaces cuando los componentes no tienen una altura uniforme, hay más espacio entre ellos o la fuerza de montaje es limitada.
¿Cuándo se debe cambiar la pasta térmica?
La vida útil de la mayoría de las pastas térmicas industriales oscila entre 3 y 10 años, dependiendo del ciclo térmico, la temperatura de funcionamiento y el entorno.
¿Cuándo no se recomienda sustituir una almohadilla térmica por pasta térmica?
No lo reemplace si la separación entre las piezas supera los 0,2 mm, la altura de las piezas es desigual, la presión de montaje es baja, el entorno es propenso a vibraciones o el diseño requiere que la almohadilla compense la tolerancia mecánica.
¿Cuáles son los errores más comunes al reemplazar las almohadillas térmicas con pasta térmica?
Los errores típicos incluyen no respetar el espacio entre las almohadillas, aplicar demasiada pasta, aplicar un par de apriete incorrecto, no limpiar la superficie y sustituir las almohadillas térmicas sin comprobar el diseño mecánico.
¿Cuáles son las ventajas de sustituir las almohadillas térmicas por pasta térmica?
Cuando el diseño permite el contacto directo, la pasta térmica puede disminuir la resistencia térmica de la interfaz, mejorar la disipación del calor, reducir la temperatura de funcionamiento y ayudar a los componentes de alta potencia a lograr una mayor estabilidad operativa a largo plazo.
Reflexiones finales
La decisión de sustituir las almohadillas térmicas por pasta térmica requiere un análisis minucioso de las características de disipación de calor del sistema. Por lo tanto, es una decisión que deben tomar los especialistas.
En Gallop, nuestros ingenieros evaluarán cuidadosamente y luego recomendarán una estrategia perfecta de gestión del calor. Para todos materiales de interfaz térmica, Gallop es un socio en el que puede confiar en China. Obtén un presupuesto ahora.
