Adhésifs thermoconducteurs - tout ce que vous devez savoir sur les adhésifs thermoconducteurs

adhésif thermique

Adhésifs thermoconducteurs - tout ce que vous devez savoir sur les adhésifs thermoconducteurs

Les adhésifs thermoconducteurs sont principalement utilisés pour dissiper la chaleur de l'électronique de puissance. Ils sont principalement utilisés pour coller les dissipateurs thermiques. Par exemple, les adhésifs thermoconducteurs sont principalement utilisés pour réduire les contraintes afin d'éviter la dégradation des performances et la défaillance des composants électroniques.

Les adhésifs thermoconducteurs sont principalement utilisés pour coller les dissipateurs thermiques, les LED et autres composants électroniques générant de la chaleur. La plupart des adhésifs thermiques adhèrent aux métaux et aux plastiques et offrent une résistance physique permanente.

Les résines synthétiques avec des composants de charge constitués de matériaux métalliques et inorganiques sont utilisées pour produire des adhésifs thermoconducteurs. Les charges métalliques, telles que l'argent ou le graphite, offrent les meilleurs coefficients de conductivité thermique. Cependant, ces propriétés rendent l'adhésif électriquement conducteur, ce qui n'est pas souhaitable dans diverses applications. Afin d'obtenir à la fois conductivité thermique et isolation électrique, il est nécessaire d'utiliser des adhésifs renforcés de charges minérales.

Types d'adhésifs thermoconducteurs

On distingue 3 types de colles thermoconductrices :

  1. adhésifs époxy
  2. adhésifs silicones
  3. adhésifs polyuréthane

1. Adhésif époxy

Les adhésifs époxy sont fabriqués à partir d'un mélange de deux composants, principalement la résine et le durcisseur. Lorsque la résine est mélangée avec un catalyseur approprié, le durcissement est amorcé. Le durcissement est le processus dans lequel les chaînes moléculaires réagissent avec des sites chimiquement actifs, entraînant une réaction exothermique. Il est également important de savoir que les liaisons covalentes qui existent entre les groupes époxy de la résine et les groupes amine des durcisseurs sont créées par la double combinaison de réticulation du polymère.

Une certaine variation des propriétés de résistance mécanique se produit en contrôlant les conditions de durcissement avec la température et le choix des composés de résine et de durcisseur. Les adhésifs époxy sont principalement utilisés sous forme de systèmes monocomposants ou bicomposants. Les adhésifs époxy à un composant peuvent durcir à des températures d'environ 120-150 C. Ces conditions se traduisent par une résistance plus élevée ainsi qu'une excellente adhérence aux métaux, ce qui se traduit par une résistance chimique tenace.

2. Adhésif silicone

L'adhésif silicone est un polymère polyvalent et imperméable dont le composant principal est le dioxyde de silicium, que l'on trouve principalement dans le quartz. Le terme silicone fait principalement référence au groupe de polymères qui ont une liaison siloxane avec celle des composés organiques. La production d'adhésifs à base de silicone commence principalement par l'isolation du silicium de la silice. Les propriétés particulières du silicium le rendent très résistant. De plus, l'élasticité et les autres propriétés de la silice restent inchangées à n'importe quelle température. Les adhésifs à base de silicone sont principalement utilisés pour lier des métaux en raison de leur flexibilité et de leurs propriétés, ainsi que de leur capacité à lier des substrats différents.

Les adhésifs à base de silicone sont principalement fabriqués en isolant la silice du silicium. Le dioxyde de silicium se trouve généralement sous sa forme pure dans certains minéraux. Les adhésifs et mastics à base de silicone sont principalement fabriqués à partir de silicone polymérisé. Lorsque le silicone n'est pas durci, il forme un gel très collant ainsi qu'un liquide. Il est assez sûr à utiliser et est utilisé dans une variété d'applications qui sont pour la plupart non toxiques. Il existe différents types d'adhésifs silicones, tels que : B. Adhésifs silicone haute température, adhésifs silicone vulcanisant à température ambiante (RTV), adhésifs caoutchouc silicone, etc.

3. Adhésif polyuréthane

Les adhésifs polyuréthanes sont principalement des adhésifs thermoplastiques ou des polymères contenant des répliques d'unités de chaîne organiques liées principalement avec des liaisons uréthane. La réaction chimique entre les polymères conduit à la formation d'un adhésif. En général, les adhésifs polyuréthanes sont principalement bruns ou transparents. Des pigments comme la couleur verte ou rouge peuvent être ajoutés principalement à des fins d'application comme la pulvérisation, ce qui les rend visibles dans les zones d'application. Ils sont utilisés dans la construction, la fabrication de meubles, le laminage, les revêtements de sol et les toitures, l'aérospatiale et l'entreposage frigorifique. Les adhésifs polyuréthanes sont principalement disponibles en tant qu'adhésif à 2 composants ou en tant qu'adhésif à un composant. La colle à 2 composants durcit généralement beaucoup plus rapidement que la variante à 1 composant et prend environ 30 minutes, selon les besoins. Les adhésifs polyuréthanes sont des mastics qui peuvent durcir même dans des conditions difficiles telles que la chaleur et l'humidité. De plus, les adhésifs polyuréthanes conviennent également à divers matériaux tels que le métal, le bois, le béton, le caoutchouc, la résine époxy et le verre. Il est également important de savoir que les adhésifs PUR sont assez étanches ; cependant, la résistance à l'eau varie généralement selon la formulation. De plus, les adhésifs polyuréthanes sont respectueux de l'environnement car ils sont sans solvant et ont une très faible valeur COV. De plus, ils sont également sans danger pour les aliments.

Les adhésifs polyuréthanes ou adhésifs PU sont très polyvalents et possèdent les meilleures propriétés. Ils sont également modifiés pour fournir des formules personnalisées qui peuvent être développées en fonction d'applications spécifiques. Cela inclut la possibilité de modifier les propriétés physiques telles que la viscosité et les propriétés d'application telles que la durée de vie en pot. Les adhésifs polyuréthanes peuvent être divisés en deux catégories principales, les systèmes en 1 partie ou 'partie' et en 2 parties ou 2 parties avec les meilleurs avantages et inconvénients de chacun.

La réaction chimique entre un isocyanate et un polyol sert de base à tous les mastics et adhésifs en polyuréthane. Pour les systèmes 2K, l'isocyanate et le polyol sont fabriqués et fournis séparément. Afin d'initier la réaction chimique et de bien réticuler le système, les deux composants doivent être mélangés juste avant utilisation. Afin de garantir cela, un rapport précis des composants et un mélange suffisant doivent être assurés pour obtenir les propriétés adhésives de polyuréthane requises.

Contrairement à cela, les systèmes à 1 composant dans la production d'adhésifs polyuréthanes sont principalement produits avec le polyol, qui réagit avec l'excédent d'isocyanate de sorte que la chaîne polyol peut être terminée par le groupe isocyanate. Le rapport de l'isocyanate et du polyol détermine la longueur de chaîne du polymère polyuréthane terminal. Il convient également de noter que ce prépolymère de polyuréthane est le composant réactif le plus important pour les systèmes adhésifs 1K.

Pour terminer une réaction, un système 1K doit interagir avec l'eau pour se réticuler complètement. Il est également important de réaliser qu'il doit y avoir de l'eau dans un système 1K pour qu'il se réticule, et que l'eau peut être de l'humidité de l'atmosphère.

Applications des adhésifs thermoconducteurs

Les adhésifs thermoconducteurs sont principalement utilisés pour l'enrobage, le revêtement et d'autres applications d'encapsulation. Certaines des utilisations spécifiques sont

un. Collage pour dissiper la chaleur

Certains composants de composés époxy et silicone thermiquement conducteurs sont principalement utilisés pour lier des dissipateurs thermiques à des composants électroniques et des cartes de circuits imprimés pour la dissipation thermique. Ils sont principalement conçus pour éviter la surchauffe et la défaillance prématurée des composants. La pâte thermique est utilisée dans les ordinateurs, les LED, les lasers, les véhicules électriques, les réfrigérateurs, les systèmes de jeu et les téléphones portables.

b. Empotage/encapsulation de capteurs

Les adhésifs thermoconducteurs sont également utilisés pour l'empotage et l'encapsulation des capteurs. Ils sont principalement utilisés parce qu'ils peuvent être fermement collés à divers matériaux et offrent également une protection contre divers produits chimiques. L'utilisation d'adhésifs thermoconducteurs pour l'empotage et l'encapsulation confère aux formulations une protection supplémentaire contre l'humidité et divers types d'agents corrosifs. L'utilisation d'adhésifs thermoconducteurs dans le rempotage offre également un niveau de protection plus élevé contre tout type d'humidité, ainsi que contre les agents corrosifs tels que les vibrations, les chocs, l'accumulation de chaleur et plus encore. Cependant, certains époxy peuvent être quelque peu rigides ; cependant, ils sont formulés pour être plus flexibles, ce qui facilite la récupération.

c. paquet d'échelle de puce

Les technologies de boîtiers à l'échelle de la puce sont principalement utilisées pour les produits électroniques et leur popularité est élevée en raison de la demande croissante de systèmes électroniques compacts et portables. Les adhésifs thermoconducteurs sont largement utilisés pour les boîtiers à l'échelle des puces à mesure que la demande d'électronique portable augmente.

c'est à dire. semi-conducteurs de puissance

La conduction, la convection et le rayonnement sont les trois principaux moyens par lesquels la chaleur est évacuée d'un appareil électronique. La conduction transporte la majeure partie de la chaleur de la source de chaleur au cœur du dispositif à travers le substrat semi-conducteur, la grille de connexion à laquelle la puce est fixée et le matériau de moulage qui encapsule le dispositif vers la surface extérieure d'un dispositif semi-conducteur en boîtier. A ce stade, la chaleur peut encore être transportée par conduction à travers toute substance solide avec laquelle l'appareil entre en contact, par ex. B. par une carte de circuit imprimé ou un dissipateur thermique externe.

Les valeurs de résistance thermique des dispositifs en boîtier sont fournies par les fabricants de semi-conducteurs comme aide à la conception pour évaluer leur capacité de gestion de la puissance. Cette valeur, généralement exprimée sous forme de résistance thermique jonction-ambiante, est utilisée pour calculer la puissance qui peut être dissipée en toute sécurité à l'intérieur d'un appareil sans dépasser la température de jonction maximale spécifiée (Tj).

Pour cette raison, la plupart des semi-conducteurs de puissance sont équipés d'adhésifs thermoconducteurs.

Adhésif thermoconducteur vs graisse thermoconductrice

Avant d'expliquer la différence entre un adhésif thermoconducteur et une graisse thermoconductrice, expliquons ce qu'est une graisse thermoconductrice

La graisse thermique, également appelée graisse thermique ou pâte thermique, est une substance utilisée pour améliorer le transfert de chaleur entre deux surfaces, généralement entre un microprocesseur et un dissipateur thermique. La plupart des microprocesseurs n'ont pas un dessus complètement plat. Certains contiennent de minuscules rainures, tandis que d'autres ont un léger renflement, créant des espaces d'air entre le CPU et le dissipateur thermique qui réduisent les performances de refroidissement du dissipateur thermique. Une petite couche de pâte thermique est appliquée sur le dessus du CPU et le bas du dissipateur thermique pour remplir les espaces d'air.

Voyons maintenant certaines des propriétés de l'adhésif thermique.

Parce que la pâte thermique est électriquement isolante et thermiquement conductrice, elle peut être utilisée dans pratiquement toutes les applications électroniques qui nécessitent une liaison entre les composants de gestion thermique. Cependant, ces propriétés nécessitent une composition chimique spécifique. La pâte thermique et la plupart des connecteurs thermiques se composent de deux composants principaux :

– Une matrice est une base polymère couramment utilisée.

– Charge métallique, liquide ou micronisée

La conductivité thermique et électrique de la graisse est déterminée par le rapport entre ces deux composants. Chaque mélange de matières grasses a ses propres avantages et effets qui dépendent de la proportion.

Comprenons maintenant la relation entre les adhésifs thermiques et la pâte thermique.

La pâte thermique peut également se comporter comme un adhésif en fonction de la chimie polymère de la matrice liquide. En raison de ses propriétés adhésives, certains fabricants appellent la pâte thermique « adhésif thermique ». Les adhésifs thermiques sont disponibles dans une variété de formes et de tailles, y compris un ruban rigide qui fournit une solution rapide pour l'adhérence dans des situations de faible conduction thermique. Ces adhésifs peuvent également être des adhésifs typiques qui sont appliqués sous forme liquide et qui ont des propriétés collantes après durcissement.

Voyons maintenant certains des avantages de l'utilisation d'un adhésif thermoconducteur.

Avantages de l'adhésif thermoconducteur

  • Haute résistance et bonne adhérence par rapport à divers matériaux de substrat
  • Résistance aux très hautes et basses températures, permettant de s'adapter à différents types de dilatation et de contraction entre différents substrats
  • Une plus grande résistance à tout type de produits chimiques, à l'eau et à l'humidité
  • De plus, un faible dégazage est obtenu grâce à l'utilisation d'adhésifs thermoconducteurs, ce qui minimise le risque d'endommagement des circuits sensibles.
  • De plus, l'adhésif thermoconducteur est non corrosif et donc respectueux de l'environnement.
  • Les adhésifs thermoconducteurs résistent aux chocs thermiques, aux impacts et aux vibrations.
  • Les adhésifs thermoconducteurs sont également capables de survivre à des niveaux plus élevés de processus de refusion de soudure.
  • De plus, les adhésifs thermoconducteurs répondent davantage aux exigences de RoHS et REACH.

Méthodes d'application de l'adhésif thermoconducteur

Actuellement, des adhésifs thermiquement conducteurs sous forme de rubans ou de liquides ainsi que des adhésifs non conducteurs sont utilisés pour la fixation. Les premiers comprennent les silicones, les époxydes et les acrylates, tandis que les seconds comprennent les tampons ou les graisses thermoconducteurs. Des adhésifs ou des attaches mécaniques peuvent être utilisés en conjonction avec les coussinets. Certains tampons sont livrés avec des adhésifs sensibles à la pression pour faciliter l'assemblage, tandis que d'autres se fixent avec des clips. Les graisses thermoconductrices, comme certaines plaquettes, doivent être utilisées avec des clips métalliques. Les supports, qui sont généralement en acier inoxydable, permettent une fixation facile et résistent même aux chocs et vibrations les plus violents. Les microprocesseurs sont l'application la plus courante. Des films de polyimide ou de polyester et des adhésifs acryliques sensibles à la pression sont utilisés pour fabriquer des rubans adhésifs thermoconducteurs.

Comme le ruban adhésif, les adhésifs époxy peuvent fournir une excellente isolation thermique et électrique, ce qui en fait d'excellents dissipateurs de chaleur pour les transistors, les composants, les boîtiers et les circuits imprimés. Un exemple est le tissu de verre imprégné de résine époxy. Comme les rubans adhésifs, les préformes époxy sont souvent appliquées à la main. Bien que faciles à installer, ils nécessitent un positionnement manuel par les opérateurs. Par conséquent, un processus convivial pour l'opérateur peut se faire au détriment du débit global du produit. Les pâtes adhésives à base de résine époxy doivent être examinées car elles permettent l'automatisation de la production de masse. Ils sont la substance la plus couramment utilisée pour le collage des composants. Bien que la sérigraphie soit couramment utilisée, les revêtements époxy diélectriques à haute température sont préférés pour une utilisation à des températures élevées.

Exigences pour les adhésifs thermoconducteurs dans le processus de fabrication

Les adhésifs peuvent prendre en charge une large gamme de segments d'application et fournir les caractéristiques de performance nécessaires à la compatibilité de fabrication, au support structurel et à la protection. Les adhésifs, par exemple, doivent pouvoir s'écouler librement pendant la fabrication pour éviter la formation de vides, tout en ayant des temps de durcissement courts pour accélérer l'ensemble du processus. Les adhésifs doivent également adhérer solidement aux surfaces et créer une liaison solide entre les dissipateurs thermiques et les composants d'une carte de circuit imprimé ou d'une puce et d'un boîtier de circuit intégré.

En fait, l'interface entre la puce et le boîtier peut être soumise à certaines des contraintes les plus sévères dans un assemblage électronique. Lorsque deux matériaux différents sont collés ensemble, les variations de leurs coefficients de dilatation thermique (CTE) peuvent provoquer des contraintes et des déformations susceptibles d'affaiblir ou même de rompre la liaison. Même pendant le fonctionnement normal de l'appareil, il peut y avoir des fluctuations de température qui exercent une contrainte supplémentaire sur cette interface de connexion. Les ingénieurs peuvent s'adapter aux décalages de dilatation thermique entre la matrice et le boîtier en utilisant des adhésifs avec le CTE correct qui minimisent les contraintes tout en fournissant un support structurel adéquat pour l'assemblage.

Défis dans le domaine des adhésifs thermiques

Alors que la demande pour une meilleure gestion thermique augmente, les ingénieurs recherchent des adhésifs qui dissipent plus efficacement la chaleur des composants sensibles et des assemblages complets. Les propriétés thermiques des adhésifs sont souvent spécifiées en termes de conductivité thermique, qui décrit la capacité du matériau à transporter la chaleur à travers lui-même. La gestion thermique dans la conception électrique, en revanche, consiste davantage à dissiper ou à transporter la chaleur d'une puce à travers un boîtier ou d'un composant à travers un dissipateur thermique.

Les capacités de transfert de chaleur interne, décrites par les critères de conductivité thermique, ne sont qu'une partie de l'objectif principal d'un ingénieur. Une propriété plus pratique dans un assemblage de produit typique est la résistance thermique du matériau. La facilité avec laquelle la chaleur peut circuler à travers l'interface entre la surface de la puce (ou du dispositif) et le matériau d'interconnexion et finalement à travers le contact entre le matériau d'interconnexion et le boîtier est appelée résistance thermique (ou dissipateur thermique).

L'épaisseur de la liaison et le type de surfaces qui se rencontrent à l'interface de liaison peuvent entraver le transfert de chaleur dans tout assemblage de produit, qu'il s'agisse d'une puce collée à un boîtier ou d'un composant fixé à un dissipateur thermique. Selon l'équation de Fourier pour la conduction thermique, le débit de flux de chaleur à travers un milieu est inversement proportionnel à l'épaisseur du milieu. Par conséquent, lors de la connexion des matériaux, les fabricants s'efforcent d'avoir les lignes de connexion les plus petites possibles. En réalité, une ligne de liaison mince est préférable à une grande car elle réduit non seulement la résistance thermique, mais réduit également les contraintes aux coins de la ligne de liaison. De plus, une ligne de colle étroite entraîne une concentration plus faible de vides d'air par rapport à une ligne de colle épaisse.

Conclusion

Il s'agissait d'adhésifs thermoconducteurs. Les adhésifs thermoconducteurs jouent depuis longtemps un rôle important dans la fabrication de produits électroniques et, selon les tendances de l'industrie, la demande de matériaux thermoconducteurs augmente. Les ingénieurs ont besoin de matériaux capables de dissiper plus de chaleur des appareils électriques modernes pour les industries à croissance rapide telles que l'électronique haut de gamme, l'éclairage LED, etc. Les adhésifs thermoconducteurs répondent non seulement à une variété de besoins de gestion thermique dans cet environnement, mais également à des exigences d'assemblage de fabrication tout aussi difficiles et à des cycles de vie prolongés des produits.

 

FAQs

1. Comment mélanger et doser la colle thermique ? ?

Il est important d'agiter tous les produits avant de les peser ou de les doser. Tout d'abord, essayez de peser soigneusement les résines et les durcisseurs ou les poudres et les liants dans des récipients séparés avant de mélanger. Essayez de bien mélanger les deux parties des systèmes adhésifs avant utilisation.

Un pesage ou un mélange incorrect peut entraîner le non-durcissement des matériaux, un ramollissement de la surface et des vides d'air, ainsi qu'un ramollissement à température élevée.

2. Comment coller des matériaux dissemblables ?

En sélectionnant une colle avec un coefficient de dilatation thermique adapté aux matériaux à coller. Si possible, choisissez un époxy flexible. Essayer d'enlever la saleté, les huiles et la graisse et rendre mécaniquement rugueuse la surface avant de coller. Les matériaux doivent durcir à température ambiante pendant 4 à 16 heures.

3. Comment les adhésifs doivent-ils être dilués pour l'application ?

La plupart des fabricants recommandent un agent diluant disponible dans le commerce pour diluer les adhésifs car il est relativement facile à utiliser. Toutes les étiquettes de diluant adhésif indiquent la quantité de diluant pouvant être utilisée ; par conséquent, vous devez suivre les instructions et les précautions en conséquence.

4. Comment contrôler les adhésifs céramiques et les céramiques coulables ?

Un excès d'activateur ou d'eau supplémentaire appliqué aux mélanges non durcis lors de l'utilisation de matériaux céramiques peut entraîner des coulées fissurées et faibles, une encapsulation ou des joints collés. Vérifiez le rapport de mélange utilisé lors du mélange des composants. Les céramiques coulables atteignent leur résistance maximale après traitement thermique.

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