Investigadores de la Universidad de León y la Universidad de Oporto han analizado cómo defectos en la aplicación de adhesivos afectan a la transferencia de calor y la resistencia en uniones entre microprocesador y disipador. Los resultados muestran que pequeñas imperfecciones no alteran significativamente la disipación térmica, pero sí reducen la resistencia mecánica y aceleran la degradación del procesador, destacando la importancia de aplicar los adhesivos de forma precisa tanto en electrónica de consumo como en el ámbito industrial.
En un mundo cada vez más digital, los microprocesadores son el corazón de nuestros dispositivos electrónicos. Desde ordenadores hasta teléfonos móviles, su correcto funcionamiento depende, en gran medida, de un adecuado sistema de disipación de calor. Un estudio reciente, realizado por investigadores de la Universidad de León y de la Universidad de Oporto, ha analizado cómo los defectos en la aplicación de adhesivos afectan el rendimiento térmico y mecánico de la unión entre microprocesador y disipador en sistemas de baja temperatura.
El papel crucial de los adhesivos en la disipación térmica
Para evitar el sobrecalentamiento, los microprocesadores utilizan disipadores de calor, piezas metálicas encargadas de transferir el calor hacia el exterior. Sin embargo, para que esta transferencia sea eficiente, es fundamental que el disipador esté bien unido al chip. Aquí es donde entran en juego los adhesivos, que no solo mantienen ambos componentes en contacto, sino que también rellenan los pequeños espacios que podrían dificultar la conducción del calor.
El estudio en cuestión se centra en los adhesivos sensibles a la presión (Pressure-Sensitive Adhesives, PSA), muy utilizados en ensamblajes de electrónica de consumo, y cada vez más empleados en aplicaciones industriales por su facilidad de aplicación y eliminación sin dañar los componentes. Una de sus ventajas es la capacidad de ser aplicados en configuraciones de orientación vertical, permitiendo mayor flexibilidad en el diseño de dispositivos electrónicos de nueva generación. Pero, ¿qué sucede si la adhesión no es perfecta?
Efectos de los defectos en la unión adhesiva
Hemos analizado en el laboratorio cómo distintos tipos de defectos en la adhesión afectan la transferencia de calor y la resistencia mecánica de la unión, y hemos observado efectos en la transferencia térmica, en la resistencia mecánica y en la durabilidad y fluencia de los procesadores.
En lo que respecta a la transferencia térmica, hemos observado que las uniones con una cobertura adhesiva completa optimizan la disipación de calor. Sin embargo, pequeños defectos no generan una pérdida de trasmisión térmica significativa, lo que sugiere que ciertos niveles de imperfección pueden ser tolerables sin afectar gravemente el rendimiento del microprocesador.
En cuanto a la resistencia mecánica, los análisis muestran que a temperatura ambiente, las uniones con defectos en la adhesión presentan una reducción del 21 % en su capacidad de carga en comparación con las uniones sin defectos. Cuando la temperatura aumentó, esta diferencia se redujo a un 3,5 %, indicando que el calor puede influir en la capacidad de carga del adhesivo.
Por último, los defectos en la adhesión afectan a la durabilidad y la fluencia. La fluencia es un fenómeno en el que los materiales experimentan una deformación progresiva bajo carga constante. A temperatura ambiente, las muestras con defectos fallaron hasta un 150 % más rápido que aquellas con una adhesión perfecta. A temperaturas elevadas, esta diferencia pasó a ser de un 66 %. La diferencia entre temperatura ambiente y elevada se debe a que el adhesivo soporta menor carga cuando la temperatura aumenta, lo que pone en evidencia la importancia de una correcta aplicación del adhesivo.
Conclusiones y aplicaciones prácticas
El estudio destaca que, aunque pequeñas imperfecciones en la adhesión no afectan drásticamente la transferencia de calor, sí pueden comprometer la resistencia mecánica y la durabilidad del sistema. Esto tiene implicaciones clave para la industria electrónica: garantizar una aplicación precisa del adhesivo no solo mejora el rendimiento térmico, sino que también prolonga la vida útil de los dispositivos.
Este tipo de investigaciones resultan fundamentales en la mejora de la eficiencia de los sistemas de refrigeración en dispositivos electrónicos. Con el aumento de la potencia de los microprocesadores y la miniaturización de los componentes, la correcta aplicación de adhesivos se vuelve más relevante que nunca.
Referencia:
Gutiérrez-Posada, V., Akhavan-Safar, A., Simões, B.D. et al. Effect of bonding defects on heat transfer and creep response of microprocessor-heatsink adhesive joints. J Mater Sci: Mater Electron 36, 64 (2025). https://doi.org/10.1007/s10854-024-14086-y
Autor del artículo divulgativo:
Víctor Gutiérrez-Posada
Departamento de Tecnología Minera, Topográfica y de Estructuras
Universidad de León
ORCID: 0000-0001-5706-8389
Fuente: Scientias
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