Matériaux à changement de phase

Une interface thermique MCP est un film mince qui est solide à température ambiante (il s'expédie et s'installe donc comme un pad thermique) mais qui se ramollit ou fond à une température de transition définie — généralement de 50 à 60 °C pour les qualités à base de polymère. Lors du premier cycle de chauffe, le matériau s'écoule dans les irrégularités microscopiques de la surface de la source de chaleur et du dissipateur thermique, atteignant une épaisseur de joint proche de celle de la graisse thermique (10–50 µm). Une fois refroidi en dessous de la transition, il se solidifie à nouveau, verrouillant le contact en place. Le résultat est une résistance de contact de type graisse avec la simplicité d'installation d'un pad, et sans effet de pompage lors des cycles thermiques.

Choisissez un MCP lorsque vous souhaitez une résistance de contact de niveau graisse sans les contraintes d'assemblage ni le risque d'effet de pompage à long terme. Cas courants : dissipateurs de chaleur intégrés de CPU/GPU de serveurs, ensembles de refroidissement pour ordinateurs portables / de bureau OEM, et tout assemblage à grand volume où la dépose de graisse en ligne est peu pratique mais où l'épaisseur de joint d'un pad thermique est trop importante. Évitez les MCP lorsque (a) la surface est suffisamment rugueuse pour que même le MCP fondu ne puisse combler l'interstice (utilisez un pad), ou (b) la température de fonctionnement reste en dessous du point de changement de phase, de sorte que le matériau ne se ramollit jamais (utilisez de la graisse).

Le TIC800M est un alliage de bismuth-étain qui subit un véritable changement de phase solide-liquide au-dessus de 60 °C et se resolidifie en dessous de 57 °C. La conductivité thermique est de 18.9 W/m·K — 2 à 4 fois supérieure au meilleur MCP polymère et 5 fois supérieure à la graisse silicone typique. Le compromis : il est électriquement conducteur, il ne doit donc être utilisé que sur des surfaces de boîtier isolées (pas de pistes de circuit imprimé nues à proximité), et la température de changement de phase est fixée par la chimie de l'alliage. Cas d'utilisation : pompes à diodes laser, modules SiC à courant élevé, et tout endroit où la résistance thermique des MCP polymères devient le goulot d'étranglement.

Choisissez une température de transition de 10 à 20 °C en dessous de la température de jonction de fonctionnement typique du dispositif afin que le MCP se ramollisse de manière fiable en service normal. La plupart des CPU et GPU ont une température de boîtier de 60 à 80 °C en service, donc un MCP polymère à 50–60 °C est le choix standard. Les modules de puissance industriels fonctionnant en continu entre 80 et 100 °C peuvent bénéficier d'une formulation à transition plus élevée ; demandez à votre ingénieur d'application. La température de transition est indépendante de la température de fonctionnement maximale, qui peut être beaucoup plus élevée (le TIC800K continue de fonctionner jusqu'à 125 °C).

Les MCP polymères laissent un résidu collant après un cycle de chauffe qui peut être nettoyé avec de l'isopropanol, de manière similaire à la graisse. Le MCP métallique (TIC800M) se resolidifie en une fine coque qui nécessite un décollement et un nettoyage soigneux. La réapplication d'un MCP neuf après le retrait de l'original restaure le joint — mais sur les joints de MCP métallique, inspectez l'alliage de surface avec le dissipateur thermique (certains placages réagissent sur de longues périodes de service). Pour les conceptions à volume OEM, prévoyez une installation unique et ne budgétez pas de reprise sur le terrain.

Les films MCP sont livrés sur différents supports : feuille d'aluminium (TIC800A-AL — améliore l'uniformité de l'étalement), polyimide / Kapton MT (TIC800D, TIC800P, TIC800K — confère une robustesse mécanique et une résistance chimique), film en acier inoxydable (TIC800G-ST — pour des contraintes mécaniques plus élevées), et film flexible solide autoportant (TIC800A, TIC800G, TIC800H — performance thermique maximale, nécessite une manipulation soigneuse). Le choix du support polymère ou métallique suit généralement davantage les besoins d'automatisation de l'assemblage que la performance thermique — la plupart des supports polymères ajoutent < 5 % à la résistance thermique nette.