In generale, un materiale a cambiamento di fase è un materiale che immagazzina o rilascia energia quando cambia fase da solido a liquido o da liquido a solido.Secondo questa classificazione generica, esistono 4 categorie generali di materiali a cambiamento di fase.
- Idrati di sale come solfato di sodio, cloruro di calcio, acetati di sodio, ecc.
- Sali eutettici
- Paraffine
- Organici non paraffinici
Queste categorie di materiali a cambiamento di fase non sono tuttavia esaustive. Altri materiali come i metalli, eutettici o meno, sono utilizzati come materiali a cambiamento di fase per le loro capacità di accumulo e rimozione dell'energia termica.
Secondo Maurice J. Marongiu di MJM Engineering, che ha condotto un webinar sui materiali a cambiamento di fase, la temperatura di fusione di un tipico materiale a cambiamento di fase è compresa tra 0-250ºC. Le saldature ufficiali possono fondere a temperature più elevate, come la lega eutettica AuGe che fonde a 356ºC, ma la maggior parte delle saldature utilizzate fonde a temperature inferiori a 250ºC.
I materiali a cambiamento di fase sono una realtà comune nel mondo delle interfacce termiche per l'elettronica, dove si possono riscontrare delle comunanze più strette tra i materiali a cambiamento di fase. Ad esempio, la temperatura di cambiamento di fase di questi materiali per le interfacce termiche rientra nell'intervallo di temperatura di una giunzione TIM comune, che è in genere inferiore a 100ºC. Per questo motivo, quando consideriamo un'interfaccia metallica come un materiale a cambiamento di fase in questo settore, si tratta di una lega o di un materiale che cambia fase al di sotto dei 100ºC.
Quando si implementa un materiale a cambiamento di fase metallico o non metallico in un'interfaccia termica, è necessario fare alcune considerazioni di progettazione:
- I materiali a cambiamento di fase vengono applicati sotto forma di pastiglie solide. A temperatura ambiente sono solidi e disponibili con dimensioni specifiche che li rendono facili da maneggiare.
- I materiali a cambiamento di fase cambiano fase a una temperatura unica. Il materiale a cambiamento di fase appropriato progettato per un'applicazione avrà una temperatura di cambiamento di fase raggiunta entro il normale ciclo operativo del dispositivo.
- I materiali a cambiamento di fase sono progettati per diventare liquidi durante il funzionamento. La fase liquida di questi materiali avrà una viscosità distinta. A seconda del materiale, della pressione di serraggio e dell'orientamento dell'assemblaggio, il materiale fuso può fuoriuscire. È necessario prendere le dovute precauzioni per evitare perdite di materiale, soprattutto verso i componenti elettrici attivi se il materiale a cambiamento di fase è elettricamente conduttivo.
- Quando si creano serbatoi per contenere un materiale a cambiamento di fase, questi serbatoi devono ospitare sia la fase liquida del materiale a cambiamento di fase sia la fase solida. Quando un materiale a cambiamento di fase passa da solido a liquido, si verifica un aumento del volume del materiale. Se il materiale a cambiamento di fase si espande e si rompe il serbatoio, si verificano perdite e l'eventuale guasto del dispositivo elettronico, poiché l'interfaccia termica si riempie d'aria.
