Fabricación de materiales compuestos de matriz metálica y base grafito para aplicaciones de control térmico de dispositivos electrónicos

Resumen

Los materiales semiconductores representan la base tecnológica en la que se soporta el sector de la electrónica. La investigación en estos materiales ha estimulado su evolución, permitiendo integrar distintas ramas de la electrónica que comúnmente no se encontraban relacionadas (electrónica de potencia y electrónica de circuitos integrados). En este sentido uno de los logros más importantes esta representado por la nueva generación de componentes electrónicos, que han permitido la evolución de fuentes de energía alternativas como la solar o eólica: Por otra parte, se ha estimulado el desarrollo de componentes que permiten optimizar el consumo de energía para la nueva gama de motores ecológicos (para coches híbridos y eléctricos) o para aplicaciones más simples, tales como bombillas de bajo consumo eléctrico o alimentadores eléctricos de móviles, ordenadores o baterías inteligentes. Aunque el sector goza de un progresivo auge, su crecimiento está limitado por la dificultad de extraer el calor de los componentes. Estadísticamente se ha demostrado que un 55% de los fallos que ocurren en los componentes electrónicos modernos están asociados con problemas térmicos. Para solucionar este inconveniente desde hace años se están utilizando materiales compuestos como disipadores de calor en sistemas electrónicos. Esto materiales ofrecen entre otras características una alta conductividad térmica, ajustables CTE y pueden soportar durante su funcionamiento diferentes ciclos térmicos. Por tales razones la industria electrónica ha ligado su avance al desarrollo de nuevos y mejores materiales compuestos que puedan ser utilizados como disipadores de calor. Los materiales compuestos de matriz metálica y refuerzos basados en carbono (como grafito, SiC o diamante) se utilizan en distintas aplicaciones. Recientemente ha adquirido una gran importancia su uso como disipadores de calor de componentes electrónicos. El vasto campo de los materiales compuestos de matriz metálica (MCMM) ofrece un excelente potencial para solucionar las deficiencias térmicas de los actuales disipadores de calor (AlSiC), que poseen una conductividad térmica (¿) máxima de 200W/mK, y un coeficiente de expansión térmico (CTE) en el intervalo 11-12x10-6K-1[2]. La nueva generación de componentes electrónicos necesita materiales con ¿ cercanas a la del cobre (400 W/mK) y CTE en el intervalo de 6-12x10-6K-1. Los materiales fabricados en este trabajo forman parte de una nueva generación de disipadores de calor de altas prestaciones térmicas, (¿) similar a la del cobre y CTE similar a la de los dispositivos, cuya ventaja respecto a otros disipadores de calor comerciales o en proceso de comercialización, es que llevan asociados bajos costes de producción. Estos materiales se han fabricado por infiltración de preformas formadas por mezclas de copos de grafito y partículas de carburo de silicio con una aleación de Al-12%Si o Ag-3%Si. Los materiales compuestos obtenidos presentan propiedades térmicas anisótropas, caracterizadas por un plano de máxima (¿) y CTE mínimo, y podrían ser utilizados como guías para la extracción direccional del calor de distintos componentes electrónicos.