Adhesivos termoconductores: todo lo que necesita saber sobre los adhesivos termoconductores

Los adhesivos termoconductores se utilizan principalmente para disipar el calor de la electrónica de potencia. Se utilizan principalmente para unir disipadores de calor. Por ejemplo, los adhesivos termoconductores se utilizan principalmente para reducir la tensión y evitar la degradación del rendimiento y la falla de los componentes electrónicos.

Los adhesivos termoconductores se utilizan principalmente para unir disipadores de calor, LED y otros componentes electrónicos que generan calor. La mayoría de los adhesivos térmicos se unirán tanto a metales como a plásticos y proporcionarán una resistencia física permanente.

Las resinas sintéticas con componentes de relleno hechos de materiales metálicos e inorgánicos se utilizan para producir adhesivos termoconductores. Los rellenos metálicos, como la plata o el grafito, ofrecen los mejores coeficientes de conductividad térmica. Sin embargo, estas propiedades hacen que el adhesivo sea eléctricamente conductor, lo que no es deseable en varias aplicaciones. Para conseguir al mismo tiempo conductividad térmica y aislamiento eléctrico, es necesario utilizar adhesivos reforzados con cargas minerales.

Tipos de adhesivos termoconductores

Distinguimos 3 tipos de adhesivos termoconductores:

1. adhesivos epoxi
2. adhesivos de silicona
3. adhesivos de poliuretano

1. Adhesivo epoxi

Los adhesivos epoxi están hechos de una mezcla de dos componentes, principalmente la resina y el endurecedor. Cuando la resina se mezcla con un catalizador adecuado, se inicia el curado. El curado es el proceso en el que las cadenas moleculares reaccionan con sitios químicamente activos, lo que resulta en una reacción exotérmica. También es importante saber que los enlaces covalentes que existen entre los grupos epoxi de la resina y los grupos amina de los endurecedores se crean por la doble combinación de entrecruzamiento del polímero.

Se producen algunas variaciones en las propiedades de resistencia mecánica al controlar las condiciones de curado con la temperatura y la elección de la resina y los compuestos endurecedores. Los adhesivos epoxi se utilizan principalmente como sistemas de una o dos partes. Los adhesivos epoxi de un componente se pueden curar a temperaturas de aproximadamente 120-150 C. Estas condiciones dan como resultado una mayor resistencia y una excelente adhesión a los metales, lo que da como resultado una fuerte resistencia química.

2. Adhesivo de silicona

El adhesivo de silicona es un polímero versátil e impermeable cuyo componente principal es el dióxido de silicio, que se encuentra principalmente en el cuarzo. El término silicona se refiere principalmente al grupo de polímeros que tienen un enlace siloxano con el de los compuestos orgánicos. La producción de adhesivos de silicona comienza principalmente con el aislamiento de silicio a partir de sílice. Las propiedades especiales del silicio lo hacen muy resistente. Además, la elasticidad y otras propiedades de la sílice permanecen inalterables a cualquier temperatura. Los adhesivos de silicona se utilizan principalmente para unir metales debido a su flexibilidad y propiedades, así como a su capacidad para unir sustratos diferentes.

Los adhesivos de silicona se fabrican principalmente aislando la sílice del silicio. El dióxido de silicio se encuentra generalmente en su forma pura en ciertos minerales. Los adhesivos y selladores de silicona están hechos principalmente de silicona polimerizada. Cuando la silicona no está curada, forma un gel muy pegajoso además de un líquido. Es bastante seguro de usar y se usa en una variedad de aplicaciones que en su mayoría no son tóxicas. Existen diferentes tipos de adhesivos de silicona, tales como: B. Adhesivos de silicona de alta temperatura, adhesivos de silicona de vulcanización a temperatura ambiente (RTV), adhesivos de caucho de silicona, etc.

3. Adhesivo de poliuretano

Los adhesivos de poliuretano son principalmente adhesivos termoplásticos o polímeros que contienen réplicas de unidades de cadenas orgánicas unidas principalmente con enlaces de uretano. La reacción química entre los polímeros conduce a la formación de un adhesivo. En general, los adhesivos de poliuretano son principalmente marrones o transparentes. Los pigmentos como el color verde o rojo se pueden agregar principalmente para fines de aplicación como la pulverización, haciéndolos visibles en las áreas de aplicación. Se utilizan en la construcción, fabricación de muebles, laminación, pisos y techos, aeroespacial y almacenamiento en frío. Los adhesivos de poliuretano están disponibles principalmente como adhesivo de 2 componentes o como adhesivo de un componente. El adhesivo de 2 componentes suele endurecerse mucho más rápido que la variante de 1 componente y tarda unos 30 minutos, según los requisitos. Los adhesivos de poliuretano son selladores que pueden curar incluso en condiciones difíciles como el calor y la humedad. Además, los adhesivos de poliuretano también son adecuados para diversos materiales como metal, madera, hormigón, caucho, resina epoxi y vidrio. También es importante saber que los adhesivos PUR son bastante impermeables; sin embargo, la resistencia al agua generalmente varía según la formulación. Además, los adhesivos de poliuretano son respetuosos con el medio ambiente, ya que no contienen disolventes y tienen un valor VOC muy bajo. Además, también son aptos para alimentos.

Los adhesivos de poliuretano o adhesivos de PU son muy versátiles y tienen las mejores propiedades. También se modifican para proporcionar fórmulas personalizadas que se pueden desarrollar en función de aplicaciones específicas. Esto incluye la capacidad de cambiar las propiedades físicas, como la viscosidad, y las propiedades de aplicación, como la vida útil. Los adhesivos de poliuretano se pueden dividir en dos categorías principales, 1K o `parte y 2K o sistemas de 2 partes con las mejores ventajas y desventajas de cada uno.

La reacción química entre un isocianato y un poliol sirve como base para todos los selladores y adhesivos de poliuretano. Para los sistemas 2K, el isocianato y el poliol se fabrican y suministran por separado. Para iniciar la reacción química y reticular adecuadamente el sistema, los dos componentes deben mezclarse justo antes de su uso. Para garantizar esto, se debe garantizar una proporción precisa de los componentes y una mezcla suficiente para lograr las propiedades adhesivas de poliuretano requeridas.

En contraste con esto, los sistemas de 1 componente en la producción de adhesivos de poliuretano se producen principalmente con el poliol, que reacciona con el exceso de isocianato para que la cadena de poliol se pueda terminar con el grupo isocianato. La proporción de isocianato y poliol determina la longitud de la cadena del polímero de poliuretano terminal. También se debe tener en cuenta que este prepolímero de poliuretano es el componente reactivo más importante para los sistemas adhesivos 1K.

Para completar una reacción, un sistema 1K debe interactuar con agua para reticularse por completo. También es importante darse cuenta de que debe haber agua en un sistema de 1K para que se entrecruce, y que el agua puede ser humedad de la atmósfera.

Aplicaciones de adhesivos termoconductores

Los adhesivos termoconductores se utilizan principalmente para encapsulado, recubrimiento y otras aplicaciones de encapsulación. Algunos de los usos específicos son

una. Unión para disipar el calor.

Ciertos componentes de epoxi termoconductores y compuestos de silicona se utilizan principalmente para unir disipadores de calor a componentes electrónicos y placas de circuitos para disipar el calor. Están diseñados principalmente para evitar el sobrecalentamiento y la falla prematura de los componentes. La pasta térmica se usa en computadoras, LED, láseres, vehículos eléctricos, refrigeradores, sistemas de juegos y teléfonos celulares.

b. Relleno/encapsulación de sensores

Los adhesivos termoconductores también se utilizan para encapsular y encapsular sensores. Se utilizan principalmente porque se pueden unir firmemente a varios materiales y también brindan protección contra diversos productos químicos. El uso de adhesivos termoconductores para el encapsulado y encapsulado brinda a las formulaciones una protección adicional contra la humedad y varios tipos de agentes corrosivos. El uso de adhesivos termoconductores en el encapsulado también proporciona un mayor nivel de protección frente a cualquier tipo de humedad, así como frente a agentes corrosivos como vibraciones, golpes, acumulación de calor y más. Sin embargo, ciertos epoxis pueden ser algo rígidos; sin embargo, están formulados para ser más flexibles, lo que resulta en una fácil recuperación.

C. paquete de escala de chips

Las tecnologías de paquetes a escala de chip se utilizan principalmente para productos electrónicos, y su popularidad es alta debido a la creciente demanda de sistemas electrónicos portátiles y compactos. Los adhesivos termoconductores se utilizan ampliamente para paquetes a escala de chips a medida que aumenta la demanda de dispositivos electrónicos portátiles.

es decir. semiconductores de potencia

La conducción, la convección y la radiación son las tres formas principales en que se elimina el calor de un dispositivo electrónico. La conducción transporta la mayor parte del calor desde la fuente de calor en el núcleo del dispositivo a través del sustrato semiconductor, el marco conductor al que se une el chip y el material de moldeo que encapsula el dispositivo a la superficie exterior de un dispositivo semiconductor empaquetado. En esta etapa, el calor puede transportarse aún más por conducción a través de cualquier sustancia sólida con la que el dispositivo entre en contacto, p. B. por una placa de circuito o un disipador de calor externo.

Los fabricantes de semiconductores proporcionan valores de resistencia térmica para dispositivos empaquetados como ayuda de diseño para evaluar su capacidad de manejo de energía. Este valor, generalmente expresado como la resistencia térmica de la unión al ambiente, se usa para calcular la potencia que se puede disipar de manera segura dentro de un dispositivo sin exceder la temperatura de unión máxima especificada (Tj).

Por esta razón, la mayoría de los semiconductores de potencia están equipados con adhesivos termoconductores.

Adhesivo termoconductor frente a grasa termoconductora

Antes de explicar la diferencia entre un adhesivo termoconductor y una grasa termoconductora, vamos a explicar qué es una grasa termoconductora

La grasa térmica, también conocida como grasa térmica o pasta térmica, es una sustancia que se utiliza para mejorar la transferencia de calor entre dos superficies, normalmente entre un microprocesador y un disipador de calor. La mayoría de los microprocesadores no tienen una parte superior completamente plana. Algunos contienen pequeñas ranuras, mientras que otros tienen una ligera protuberancia, lo que crea espacios de aire entre la CPU y el disipador térmico, lo que reduce el rendimiento de refrigeración del disipador térmico. Se aplica una pequeña capa de pasta térmica en la parte superior de la CPU y en la parte inferior del disipador térmico para llenar los espacios de aire.

Ahora comprendamos algunas de las propiedades del adhesivo térmico.

Debido a que la pasta térmica es eléctricamente aislante y térmicamente conductora, se puede utilizar en prácticamente cualquier aplicación electrónica que requiera una unión entre los componentes de gestión térmica. Sin embargo, estas propiedades requieren una composición química específica. La pasta térmica y la mayoría de los conectores térmicos constan de dos componentes principales:

– Una matriz es una base polimérica que se usa comúnmente.

– Carga metálica, líquida o micronizada

La conductividad térmica y eléctrica de la grasa está determinada por la relación entre estos dos componentes. Cada mezcla de grasas tiene sus propios beneficios y efectos que dependen de la proporción.

Ahora entendamos la relación entre los adhesivos térmicos y la pasta térmica.

La pasta térmica también puede comportarse como un adhesivo dependiendo de la química polimérica de la matriz líquida. Debido a sus propiedades adhesivas, algunos fabricantes se refieren a la pasta térmica como “adhesivo térmico”. Los adhesivos térmicos vienen en una variedad de formas y tamaños, incluida una cinta rígida que proporciona una solución rápida para la adhesión en situaciones de baja conducción de calor. Estos adhesivos también pueden ser adhesivos típicos que se aplican en forma líquida y tienen propiedades pegajosas después del curado.

Ahora comprendamos algunas de las ventajas de usar adhesivo termoconductor.

Ventajas del adhesivo termoconductor

• Alta resistencia y buena adherencia con respecto a varios materiales de sustrato
• Resistencia a temperaturas muy altas y bajas, lo que permite acomodar diferentes tipos de expansión y contracción entre diferentes sustratos
• Una mayor resistencia a cualquier tipo de productos químicos, agua y humedad.
• Además, se logra una baja desgasificación mediante el uso de adhesivos termoconductores, lo que minimiza el riesgo de daño a los circuitos sensibles.
• Además, el adhesivo termoconductor no es corrosivo y, por lo tanto, no daña el medio ambiente.
• Los adhesivos termoconductores son resistentes a choques térmicos, impactos y vibraciones.
• Los adhesivos termoconductores también pueden sobrevivir a niveles más altos de procesos de reflujo de soldadura.
• Además, los adhesivos termoconductores cumplen en mayor medida los requisitos de RoHS y REACH.

Métodos de aplicación para adhesivo termoconductor

Actualmente, para la unión se utilizan adhesivos termoconductores en forma de cintas o líquidos, así como adhesivos no conductores. Los primeros incluyen siliconas, epoxis y acrilatos, mientras que los segundos incluyen almohadillas o grasas termoconductoras. Se pueden usar adhesivos o sujetadores mecánicos junto con las almohadillas. Algunas almohadillas vienen con adhesivos sensibles a la presión para facilitar el montaje, mientras que otras se sujetan con clips. Las grasas termoconductoras, como algunas de las almohadillas, deben usarse con clips metálicos. Los soportes, que generalmente están hechos de acero inoxidable, permiten una fácil instalación y son resistentes incluso a los golpes y vibraciones más fuertes. Los microprocesadores son la aplicación más típica. Las películas de poliimida o poliéster y los adhesivos acrílicos sensibles a la presión se utilizan para fabricar cintas adhesivas termoconductoras.

Al igual que la cinta adhesiva, los adhesivos epoxi pueden proporcionar un excelente aislamiento térmico y eléctrico, lo que los convierte en excelentes disipadores de calor para transistores, componentes, carcasas y placas de circuitos. Un ejemplo es el tejido de vidrio impregnado con resina epoxi. Al igual que las cintas adhesivas, las preformas epoxi suelen aplicarse a mano. Si bien son fáciles de instalar, requieren un posicionamiento manual por parte de los operadores. Por lo tanto, un proceso amigable para el operador puede ser a expensas del rendimiento total del producto. Las pastas adhesivas de resina epoxi deben examinarse ya que permiten la automatización de la producción en masa. Son la sustancia más utilizada para unir componentes. Si bien la serigrafía se usa comúnmente, se prefieren los recubrimientos epoxi dieléctricos de alta temperatura para usar a altas temperaturas.

Requisitos de los adhesivos termoconductores en el proceso de fabricación

Los adhesivos pueden admitir una amplia gama de segmentos de aplicaciones y proporcionar las características de rendimiento necesarias para la compatibilidad de fabricación, el soporte estructural y la protección. Los adhesivos, por ejemplo, deben poder fluir libremente durante la fabricación para evitar la formación de vacíos y, al mismo tiempo, tener tiempos de curado cortos para acelerar todo el proceso. Los adhesivos también deben adherirse de forma segura a las superficies y crear una fuerte unión entre los disipadores de calor y los componentes de una placa de circuito o un chip y un paquete de circuito integrado.

De hecho, la interfaz entre el chip y el lado del paquete puede estar sujeta a algunas de las tensiones más severas en un ensamblaje electrónico. Cuando se unen dos materiales diferentes, las variaciones en sus coeficientes de expansión térmica (CTE) pueden causar tensión y tensión que pueden debilitar o incluso romper la unión. Incluso durante el funcionamiento normal del dispositivo, puede haber fluctuaciones de temperatura que ejerzan una presión adicional sobre esta interfaz de conexión. Los ingenieros pueden adaptarse a los desajustes de expansión térmica entre la matriz y el paquete mediante el uso de adhesivos con el CTE correcto que minimizan la tensión y brindan un soporte estructural adecuado para el ensamblaje.

Retos en el campo de los adhesivos térmicos

A medida que aumenta la demanda de una mejor gestión térmica, los ingenieros buscan adhesivos que disipen el calor de manera más efectiva de los componentes sensibles y los ensamblajes completos. Las propiedades térmicas de los adhesivos a menudo se especifican en términos de conductividad térmica, que describe la capacidad del material para transportar calor a través de sí mismo. La gestión térmica en el diseño eléctrico, por otro lado, se trata más de disipar o transportar el calor de un chip a través de un paquete o de un componente a través de un disipador de calor.

Las capacidades internas de transferencia de calor, descritas por los criterios de conductividad térmica, son solo una parte del objetivo principal de un ingeniero. Una propiedad más práctica en un ensamblaje de producto típico es la resistencia térmica del material. La facilidad con la que el calor puede fluir a través de la interfaz entre la superficie del chip (o dispositivo) y el material de interconexión y, en última instancia, a través del contacto entre el material de interconexión y el paquete se denomina resistencia térmica (o disipador de calor).

El grosor de la unión y el tipo de superficies que se encuentran en la interfaz de unión pueden impedir la transferencia de calor en el ensamblaje de cualquier producto, ya sea un chip unido a un paquete o un componente unido a un disipador de calor. De acuerdo con la ecuación de Fourier para la conducción de calor, la tasa de flujo de calor a través de un medio está inversamente relacionada con el espesor del medio. Por lo tanto, al conectar materiales, los fabricantes se esfuerzan por lograr las líneas de conexión más pequeñas posibles. En realidad, una línea de unión delgada es preferible a una grande porque no solo reduce la resistencia térmica, sino que también reduce las tensiones en las esquinas de la línea de unión. Además, una línea de pegamento estrecha da como resultado una menor concentración de vacíos de aire en comparación con una línea de pegamento gruesa.

Conclusión

Todo esto se trataba de adhesivos termoconductores. Los adhesivos termoconductores han jugado durante mucho tiempo un papel importante en la fabricación de productos electrónicos y, de acuerdo con las tendencias de la industria, la demanda de materiales termoconductores está aumentando. Los ingenieros necesitan materiales que puedan disipar más calor de los dispositivos eléctricos modernos para industrias de rápido crecimiento como la electrónica de alta gama, la iluminación LED y más. Los adhesivos termoconductores no solo satisfacen una variedad de necesidades de gestión térmica en este entorno, sino también requisitos de ensamblaje de fabricación igualmente desafiantes y ciclos de vida prolongados del producto.

 

Preguntas Frecuentes

1. ¿Cómo mezclar y medir el adhesivo térmico? ?

Es importante remover todos los productos antes de pesarlos o dosificarlos. Primero, intente pesar cuidadosamente tanto las resinas como los endurecedores o los polvos y aglutinantes en recipientes separados antes de mezclarlos. Trate de mezclar bien ambas partes de los sistemas adhesivos antes de usarlos.

El pesaje o la mezcla inadecuados pueden dar como resultado que los materiales no se curen, que se ablanden las superficies y que se formen vacíos de aire, y que se ablanden las temperaturas elevadas.

2. ¿Cómo se pueden pegar materiales diferentes?

Seleccionando un adhesivo con un coeficiente de expansión térmica que se adapte a los materiales a unir. Si es posible, elija un epoxi flexible. Intente eliminar la suciedad, los aceites y las grasas y raspe mecánicamente la superficie antes de pegar. Los materiales deben curar a temperatura ambiente durante 4 a 16 horas.

3. ¿Cómo se deben diluir los adhesivos para su aplicación?

La mayoría de los fabricantes recomiendan un agente diluyente comercialmente disponible para diluir adhesivos porque es relativamente fácil de usar. Todas las etiquetas adhesivas de diluyente indican cuánto diluyente se puede usar; por lo tanto, debe seguir las instrucciones y precauciones correspondientes.

4. ¿Cómo controlar los adhesivos cerámicos y las cerámicas colables?

Si se aplica un exceso de activador o agua adicional a las mezclas sin curar cuando se usan materiales cerámicos, se pueden producir piezas de fundición, encapsulación o uniones unidas agrietadas y débiles. Compruebe la relación de mezcla utilizada al mezclar los componentes. Las cerámicas moldeables alcanzan su máxima resistencia después del tratamiento térmico.