Na nossa primeira análise da linha de produtosHeat-Spring®, composta por materiais de interface térmica metálicos, referimos que aHeat-Spring® surgiu em resposta às necessidades dos clientes. Os polímeros e as graxas não eram suficientemente eficazes para satisfazer os requisitos de gestão térmica de alto desempenho de muitos dos nossos clientes. O índio tem uma elevada condutividade térmica (86 W/m·K), mas a prata, o ouro e até mesmo o alumínio apresentam uma condutividade térmica superior. Por isso, procurei Bob Jarrett, um dos criadores do Heat-Spring, para descobrir por que razão o índio funciona melhor do que estes outros materiais.
Ele disse-me que há duas características fundamentais que conferem ao índio uma vantagem em relação a estes outros metais: a temperatura e a tensão de escoamento.
O índio funde-se a uma temperatura de 157 °C. Os outros três fundem-se a temperaturas próximas ou superiores a 1 000 °C. «O índio funde-se a 157 °C, o que é suficientemente baixo para permitir a fixação do chip à tampa sem aquecer acima das temperaturas de refluxo da solda SAC utilizada na embalagem. Este baixo ponto de fusão também significa que o índio é recozido à temperatura ambiente — regressa ao estado amolecido sem necessidade de calor», segundo Bob. Assim, é possível utilizar uma interface térmica de índio como material de fixação sem danificar componentes sensíveis à temperatura nem afetar outras juntas de solda na placa.
A tensão de escoamento significa simplesmente que o índio é suficientemente macio para fazer duas coisas que outros metais não conseguem:
- Compensar a incompatibilidade de expansão térmica entre duas superfícies de contacto. Materiais diferentes expandem-se e contraem-se a ritmos diferentes, o que torna necessária alguma compensação em qualquer camada intermédia (como um material de interface térmica). Os outros candidatos não são tão flexíveis como o índio. «O índio é realmente muito, muito macio. A sua tensão de escoamento é de cerca de 150 psi (1 MPa). Isto permite que o índio se adapte às superfícies de contacto e absorva a deformação resultante da expansão térmica diferencial, sem transferir as forças de cisalhamento para os delicados materiais semicondutores», afirma Bob.
- Além disso, irá otimizar a condutividade térmica graças ao seu maior contacto, mesmo em superfícies imperfeitas. Bob acrescenta: «O índio adapta-se a qualquer aspereza, saliência ou depressão na superfície de contacto, enquanto um material mais duro simplesmente perderia o contacto em torno desses obstáculos. O índio maximiza a área de contacto.»
Bob continuou: «A maleabilidade do índio também confere aoHeat-Spring® a propriedade inerente de que a sua resistência térmica diminui com o tempo. Os picos nos padrões do Heat-Spring sofrem inicialmente uma deformação plástica devido à carga aplicada. Com o tempo, o índio adapta-se a asperezas cada vez mais finas, aumentando a área de contacto. Uma pasta lubrificante espalha-se por toda a superfície (e empurra o excesso para as bordas). Os picos do Heat-Spring achatam-se e preenchem parcialmente os vales, mas permanecem na sua localização original.»
Na próxima vez, vamos explorar a resistência térmica e a condutividade térmica.
