Genericamente, um material de mudança de fase é aquele que armazena ou liberta energia quando muda de fase de sólido para líquido ou de líquido para sólido. De acordo com esta classificação genérica, existem 4 categorias gerais de materiais de mudança de fase.
- Hidratos de sal, tais como sulfato de sódio, cloreto de cálcio, acetatos de sódio, etc.
- Sais eutécticos
- Parafinas
- Produtos orgânicos não parafínicos
Estas categorias de materiais de mudança de fase não são, no entanto, abrangentes. Outros materiais, como os metais, eutécticos ou não, são utilizados como materiais de mudança de fase pelas suas capacidades de armazenamento e remoção de energia térmica.
De acordo com Maurice J. Marongiu da MJM Engineering, que conduziu um webinar sobre materiais de mudança de fase, a temperatura de fusão de um material de mudança de fase típico situa-se entre 0-250ºC. As soldas oficialmente podem fundir a temperaturas mais elevadas, como a liga eutéctica AuGe que funde a 356ºC, no entanto, a maioria das soldas utilizadas funde abaixo dos 250ºC.
Os materiais de mudança de fase são uma ocorrência comum no mundo das interfaces térmicas para eletrónica. Aqui, podem ser encontradas semelhanças mais estreitas entre os materiais de mudança de fase. Por exemplo, a temperatura de mudança de fase para estes materiais de interface térmica está dentro do intervalo de uma temperatura de junção TIM comum, que é tipicamente inferior a 100ºC. Por esta razão, quando consideramos uma interface metálica como um material de mudança de fase nesta indústria, é uma liga ou material que muda de fase abaixo de 100ºC.
Ao implementar um material de mudança de fase metálico ou não metálico numa interface térmica, há algumas considerações de design a fazer:
- Os materiais de mudança de fase são aplicados como almofadas sólidas. À temperatura ambiente, são firmes e estão disponíveis com dimensões específicas que os tornam fáceis de manusear.
- Os materiais de mudança de fase mudam de fase a uma temperatura única. O material de mudança de fase adequado concebido para uma aplicação terá uma temperatura de mudança de fase atingida dentro do ciclo normal de funcionamento do dispositivo.
- A fase líquida destes materiais terá uma viscosidade distinta. Dependendo do material, da pressão de fixação e da orientação da montagem, o material fundido pode vazar. Devem ser tomadas as devidas precauções para evitar fugas de material, especialmente em direção a componentes eléctricos activos se o material de mudança de fase for condutor de eletricidade.
- Quando se criam reservatórios para conter um material de mudança de fase, estes reservatórios têm de acomodar a fase líquida do material de mudança de fase, bem como a fase sólida. À medida que um material de mudança de fase muda de sólido para líquido, há um aumento do volume do material. Se o material de mudança de fase se expandir e fraturar o reservatório, isto conduzirá a fugas e à eventual falha do dispositivo eletrónico, uma vez que a interface térmica fica cheia de ar.
