Gestion thermique : Pourquoi l'indium est-il le meilleur choix

Lors de notre premier examen de notre gamme de matériaux métalliques d'interface thermique Heat-Spring^®. nous avons constaté que le Heat-Spring est né des besoins des clients. Les graisses et les polymères ne sont pas assez performants pour les besoins d'un grand nombre de nos clients en matière de gestion thermique de haute performance. Le métal indium a une conductivité thermique élevée (86 W/m.K) mais l'argent, l'or et même l'aluminium, ont une conductivité thermique encore plus élevée. Donc, je suis allé voir Bob Jarrett, l'un des concepteurs du Heat-Spring, pour savoir pourquoi l'indium fonctionne mieux que ces autres matériaux.

Il m'a dit que l'indium possédait deux caractéristiques principales qui lui donnent l'avantage sur ces autres métaux : température et limite d'élasticité.

L'indium fond à une température de 157 °C alors que les trois autres fondent à environ 1000 °C. « L'indium fond à 157 °C, ce qui est suffisamment faible pour permettre dans un procédé de fixation de puce, la fixation du couvercle à la pastille sans chauffage au-dessus des températures de refusion de la brasure SAC utilisée sur le boîtier. Ce point de fusion bas signifie également que l'indium est recuit à la température ambiante - il retourne à l'état ramolli sans chaleur », selon Bob. Ainsi, vous pouvez utiliser une interface thermique en indium comme matériau de fixation sans détruire les composants sensibles à la température ni perturber les autres joints de brasure sur votre carte.

La notion de limite d'élasticité signifie simplement que l'indium est assez souple pour faire deux choses que d'autres métaux ne peuvent pas faire :

1. Compenser une discordance de dilatation thermique entre deux surfaces de contact. Des matériaux différents se dilatent et se contractent à des rythmes différents, créant un besoin de compensation dans toute couche intermédiaire (comme un matériau d'interface thermique). Les autres candidats ne sont pas aussi indulgents que l'indium. "Indium is really, really soft. Its flow stress is is about 150psi (1MPa) « L'indium est vraiment, vraiment tendre. Sa limite d'élasticité est d'environ 150 psi (1 MPa). Ceci permet à l'indium de se conformer aux surfaces de contact et d'absorber les déformations dues à la dilatation thermique différentielle sans transférer les forces de cisaillement aux matériaux semi-conducteurs délicats », dit Bob.
2. Il permet aussi d'optimiser la conductivité thermique par son pouvoir de contact élevé même sur des surfaces imparfaites, Bob ajoute, « L'indium s'adapte à une aspérité, bosse ou creux sur la surface d'interface là où un matériau plus dur perdrait tout simplement le contact autour de ces obstacles. L'indium maximise la surface de contact ».

Bob continue, « La souplesse de l'indium fournit également au Heat-Spring la propriété inhérente que sa résistance thermique diminue avec le temps. Les sommets dans les motifs du Heat-Spring se déforment plastiquement par la charge appliquée. Au fil du temps, l'indium se conforme de plus en plus aux aspérités les plus fines, ce qui augmente la surface de contact. Une graisse se répand en couche fine sur toute la surface (et évacue l'excès vers les bords). Les sommets du Heat-Spring s'aplatissent et comblent partiellement les creux, mais ils restent à l'emplacement d'origine. »

La prochaine fois, nous irons explorer la résistance thermique et la conductivité thermique.

Avez-vous d'autres questions « brûlantes » sur la gestion thermique ? Faites-moi savoir et nous pourrons trouver les réponses ensemble ! Contactez-moi à cgowans@indium.com