I materiali termoconduttivi liquidi sono disponibili in due forme:
- Metalli allo stato liquido a temperatura ambiente
- Metalli a cambiamento di fase
La differenza principale tra le due sta nella temperatura alla quale queste leghe entrano in fusione.
I metalli liquidi rimangono allo stato fuso a temperatura ambiente. Le tre leghe metalliche liquide riportate di seguito assumono lo stato liquido a temperature inferiori a 30 °C.
– Indalloy 51 (62,5 Ga, 21,5 In, 16,0 Sn)
– Indalloy 46L (61,0 Ga, 25,0 In, 13,0 Sn, 1,0 Zn)
– Gallio puro
I metalli a cambiamento di fase vengono applicati allo stato solido e si fondono quando esposti a temperature di giunzione elevate. La lega a cambiamento di fase più diffusa fonde a 60 °C.
– Indalloy 19 (51% In, 32,5% Bi, 16,5% Sn)
I vantaggi derivanti dall'utilizzo di questi materiali di interfaccia termica a base di metallo liquido sono numerosi e includono:
- Resistenza termica estremamente bassa
- È stato verificato che la resistenza ottenuta con l’Indalloy 51 fosse inferiore a 0,015 cm²-°C/W.
- Il metallo allo stato liquido non presenta praticamente alcuna resistenza di contatto
- Alta conducibilità termica
- Trattandosi di un materiale di interfaccia termica interamente in metallo, la conduttività termica volumetrica è eccellente
- Capacità di resistere a un forte disallineamento dovuto alla dilatazione termica
- La bassa tensione di scorrimento dei metalli liquidi consente loro di mantenere il contatto con la superficie mentre i substrati subiscono cicli di variazione di potenza o temperatura
- Spessori della linea di incollaggio estremamente ridotti
- I metalli liquidi possono essere compressi fino a spessori inferiori a 0,001″
Una delle difficoltà che si incontrano nell’utilizzo di queste leghe è la loro contenibilità. Tutte le leghe che sono liquide a temperatura ambiente contengono gallio. Il gallio è corrosivo nei confronti di vari metalli, specialmente quando è caldo. Man mano che la temperatura del gallio aumenta, esso diventa sempre più corrosivo, reagendo con strati sempre più spessi in breve tempo. Un metallo con cui il gallio è particolarmente reattivo è l’alluminio. A temperatura ambiente, è in grado di corrodere un foglio di alluminio dello spessore di 0,002 pollici nel giro di poche ore, mentre a temperature comprese tra 500° e 1.000°C questa reazione diventa molto più rapida.
Il gallio non reagisce con altri metalli, come ad esempio il molibdeno, il tungsteno e il nichel.
Oltre a reagire con i metalli, il gallio tende anche ad aderire ai materiali non metallici, rendendo difficile il suo confezionamento. Restate sintonizzati per il mio prossimo post sul blog, in cui parlerò delle opzioni di confezionamento dei metalli liquidi.
