Es habitual que un dispositivo electrónico genere calor durante su funcionamiento. Debe existir una solución fiable para gestionar este calor. De lo contrario, el dispositivo podría sobrecalentarse y reducir su rendimiento. Aquí es donde entran en juego los materiales de interfaz térmica. Estos materiales están diseñados para disipar el calor de los dispositivos electrónicos.
¿Pero alguna vez has pensado en cómo los TIM controlan un calor tan intenso? Lo hacen gracias a los materiales termoconductores que utilizan en su composición. Estos materiales poseen una mayor conductividad térmica para combatir los elementos térmicos. Pasemos a un análisis a fondo de todo este escenario. Para que comprendas los conceptos básicos,
Fundamentos de la conductividad térmica
La conductividad térmica indica la eficiencia con la que un material puede transferir calor. Una mayor conductividad térmica significa una buena capacidad para transferir calor. Del mismo modo, una menor conductividad térmica significa una menor capacidad para transferir calor.
La conductividad térmica se mide generalmente en vatios por metro por kelvin (W/m·K) . La fórmula principal para medir la conductividad térmica es q = −k dT/dx . Esta fórmula evalúa la transferencia de calor desde zonas de alta temperatura a zonas de baja temperatura.
- q se refiere al flujo de calor
- k se refiere a la conductividad térmica
- dT/dx se refiere a un gradiente de temperatura.
Los 10 mejores materiales conductores térmicos
1: Diamante
Entre los mejores materiales conductores de calor, el diamante ocupa el primer lugar. Ofrece una conductividad térmica superior de 2200 W/mK . El diamante es compatible con aplicaciones de alto rendimiento y disipa el calor de los componentes de manera eficiente. Se utiliza principalmente en disipadores de calor, láseres y sistemas de defensa.
- Los diamantes duran más debido a su naturaleza sólida.
- El diamante no muestra cambios o estos son mínimos en su forma física bajo altas temperaturas.
- El diamante también ofrece aislamiento eléctrico.
2: Plata
La plata es un metal por naturaleza y, en términos térmicos, presenta una buena conductividad térmica de 429 W/mK . Se utiliza en casi todos los materiales de interfaz térmica de alta gama donde se prioriza el máximo rendimiento. Las aplicaciones más comunes de la plata son los dispositivos médicos, los paneles solares y la pasta térmica.
- La plata se puede mezclar con otros materiales relevantes para mejorar el rendimiento.
- La plata ofrece flexibilidad sin comprometer el rendimiento.
- La plata no es tóxica y su uso es seguro en la mayoría de los casos.
3: Cobre
El cobre, también un metal, ofrece una conductividad térmica de 400 W/mK . Puede soportar el calor durante más tiempo que otros metales, lo que lo convierte en una opción destacada en la mayoría de los casos. El cobre se utiliza ampliamente en productos industriales, como radiadores, tuberías de agua, cables y disipadores de calor.
- El cobre tiene una conductividad eléctrica de alto nivel.
- El cobre es más barato comparado con otros metales.
- El cobre es confiable y duradero.
4: oro
Aunque es una opción costosa en comparación con el cobre y la plata, se sigue utilizando en la industria aeroespacial, en circuitos y en el cableado de componentes de alta gama. El oro tiene una conductividad térmica de 315 W/mK . Sus electrones libres lo convierten en un eficiente disipador de calor.
- Los ingredientes de oro no comprometen la calidad.
- El oro es resistente a la oxidación y la corrosión.
- El oro actúa como un escudo térmico debido a la reflexión IR.
5: Nitruro de aluminio
El nitruro de aluminio es otro material térmicamente conductor del grupo 5. Ofrece tanto conductividad térmica como aislamiento eléctrico para los componentes. Su conductividad térmica oscila entre 237 W/mK . También se le conoce como una alternativa al óxido de berilio. Los fabricantes suelen utilizarlo en semiconductores y módulos de potencia.
- El nitruro de aluminio protege contra los choques térmicos.
- El nitruro de aluminio es duradero y confiable.
6: Carburo de silicio
La combinación de silicio y carbono da como resultado el carburo de silicio. Este material posee una excelente capacidad de transferencia de calor y una conductividad térmica de 270 W/mK . Es un material duro, fiable y duradero, ideal para usos extremos, con un rendimiento estable. Es apto para aplicaciones en electrónica, iluminación LED y la industria automotriz.
- El carburo de silicio es resistente a la oxidación y la corrosión.
- El carburo de silicio puede soportar mayores tensiones mecánicas.
7: Aluminio
El aluminio también es un buen material conductor térmico. Ofrece una conductividad térmica de 237 W/mK . Si bien su conductividad es ligeramente inferior a la del cobre, se sigue utilizando como alternativa. Posee propiedades como resistencia a la oxidación y la corrosión. El aluminio se utiliza principalmente en luces LED, disipadores de calor y radiadores.
- El aluminio y el cobre se pueden mezclar para que resulte más rentable.
- El aluminio es ligero y mantiene el peso equilibrado.
- El aluminio es una opción económica.
8: Tungsteno
El tungsteno es un material de reconocida conductividad térmica. Presenta un rango de conductividad térmica de 172 W/mK . Su naturaleza física le confiere resistencia y anticorrosión. Puede soportar fácilmente todo tipo de esfuerzos mecánicos sin que su rendimiento se vea afectado. Es compatible con la electrónica de consumo, la industria aeroespacial y las herramientas industriales.
- El tungsteno se puede utilizar en electrodos.
- El tungsteno tiene un punto de fusión alto.
9: Grafito
En el noveno puesto de la lista, encontramos el grafito, con una conductividad térmica de 168 W/mK . Posee una gran capacidad para transferir el calor de manera eficiente fuera de los componentes. El grafito es ligero y soporta esfuerzos mecánicos intensos. Su uso más extendido se da en las industrias automotriz y electrónica.
- El grafito es un aditivo para mejorar la conductividad térmica.
- El grafito es un material fácil de encontrar y asequible.
10: Zinc
El último material termoconductor que tenemos es el zinc. Sin embargo, tiene una baja conductividad térmica de 116 W/mK. Aun así, se utiliza ampliamente como ingrediente en la fabricación de productos de gestión térmica. Ofrece propiedades antioxidantes y es resistente a la corrosión.
- El zinc es ligero y cómodo.
- El zinc se mezcla fácilmente con otros metales para mejorar los resultados finales.
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Conclusión
Como fabricante, es fundamental comprender el papel de la conductividad térmica y los materiales conductores del calor . Esto ayuda a elegir la opción más adecuada para la fabricación de materiales de interfaz térmica. El diamante es el material líder en este sentido por su conductividad térmica. Asimismo, la plata y el cobre son materiales ampliamente utilizados debido a su bajo costo y disponibilidad. Además, otros materiales también tienen una importancia notable según los requisitos del producto.
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