En términos generales, un material de cambio de fase es aquel que almacena o libera energía al pasar del estado sólido al líquido o del líquido al sólido. Según esta clasificación general, existen cuatro categorías generales de materiales de cambio de fase.
- Hidratos de sales, como el sulfato de sodio, el cloruro de calcio, los acetatos de sodio, etc.
- Sales eutécticas
- Parafinas
- Compuestos orgánicos no parafínicos
Sin embargo, estas categorías de materiales de cambio de fase no son exhaustivas. Otros materiales, como los metales —eutécticos o no—, se utilizan como materiales de cambio de fase por su capacidad para almacenar y disipar energía térmica.
Casi todos los soldadores blandos se clasifican como materiales de cambio de fase en función de su temperatura de fusión. Según Maurice J. Marongiu, de MJM Engineering, quien impartió un seminario web sobre materiales de cambio de fase, la temperatura de fusión de un material de cambio de fase típico oscila entre 0 y 250 ºC.Es cierto que algunas soldaduras pueden fundirse a temperaturas más altas, como la aleación eutéctica de AuGe, que se funde a 356 ºC; sin embargo, la mayoría de las soldaduras utilizadas se funden por debajo de los 250 ºC.
Los materiales de cambio de fase son muy habituales en el ámbito de las interfaces térmicas para la electrónica. En este contexto, se pueden encontrar similitudes más marcadas entre los materiales de cambio de fase.Por ejemplo, la temperatura de cambio de fase de estos materiales de interfaz térmica se encuentra dentro del rango de una temperatura de unión habitual de los TIM, que suele ser inferior a 100 ºC. Por este motivo, cuando en este sector consideramos que una interfaz metálica es un material de cambio de fase, se trata de una aleación o un material que cambia de fase por debajo de los 100 ºC.
A la hora de incorporar un material de cambio de fase, ya sea metálico o no metálico, en una interfaz térmica, hay que tener en cuenta algunas consideraciones de diseño:
- Los materiales de cambio de fase se aplican en forma de pastillas sólidas. A temperatura ambiente son firmes y se comercializan en dimensiones específicas que facilitan su manipulación. Su aplicación debe ser uniforme.
- Los materiales de cambio de fase cambian de fase a una temperatura específica. El material de cambio de fase adecuado, diseñado para una aplicación concreta, alcanzará su temperatura de cambio de fase dentro del ciclo de funcionamiento normal del dispositivo.
- Los materiales de cambio de fase están diseñados para pasar a estado líquido durante su funcionamiento. La fase líquida de estos materiales presenta una viscosidad específica. Dependiendo del material, la presión de sujeción y la orientación del conjunto, el material fundido podría filtrarse. Deben tomarse las precauciones adecuadas para evitar fugas de material, especialmente hacia componentes eléctricos activos si el material de cambio de fase es conductor de la electricidad.
- Cuando se crean depósitos para contener un material de cambio de fase, estos deben poder albergar tanto la fase líquida como la fase sólida del material. A medida que el material de cambio de fase pasa de estado sólido a líquido, su volumen aumenta. Si el material de cambio de fase se expande y rompe el depósito, esto provocará fugas y, en última instancia, el fallo del dispositivo electrónico, ya que la interfaz térmica se llenará de aire.
