Adhesivos termocondutores: todo o que precisa saber sobre adhesivos termocondutores

Os adhesivos condutores térmicamente utilízanse principalmente para disipar a calor da electrónica de potencia. Utilízanse principalmente para unir disipadores de calor. Por exemplo, os adhesivos condutores térmicamente utilízanse principalmente para reducir o estrés para evitar a degradación do rendemento e a falla dos compoñentes electrónicos.

Os adhesivos condutores térmicamente utilízanse principalmente para unir disipadores de calor, LEDs e outros compoñentes electrónicos que xeran calor. A maioría dos adhesivos térmicos uniranse tanto aos metais como aos plásticos e proporcionarán unha resistencia física permanente.

Para producir adhesivos termocondutores utilízanse resinas sintéticas con compoñentes de recheo feitos de materiais metálicos e inorgánicos. Os recheos metálicos, como a prata ou o grafito, ofrecen os mellores coeficientes de condutividade térmica. Non obstante, estas propiedades fan que o adhesivo sexa condutor de electricidade, o que é indesexable en varias aplicacións. Para conseguir a condutividade térmica e o illamento eléctrico ao mesmo tempo, é necesario utilizar adhesivos reforzados con recheos minerais.

Tipos de adhesivos termocondutores

Distinguimos 3 tipos de adhesivos termocondutores:

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

1. Adhesivo epoxi

Os adhesivos epoxi están feitos dunha mestura de dous compoñentes, principalmente a resina e o endurecedor. Cando a resina se mestura cun catalizador axeitado, iníciase o curado. O curado é o proceso no que as cadeas moleculares reaccionan con sitios químicamente activos, dando lugar a unha reacción exotérmica. Tamén é importante saber que os enlaces covalentes que existen entre os grupos epoxi da resina e os grupos amina dos endurecedores créanse pola dobre combinación de reticulación do polímero.

Algunha variación nas propiedades de resistencia mecánica prodúcese controlando as condicións de curado coa temperatura e a elección de compostos de resina e endurecedor. Os adhesivos epoxi úsanse principalmente como sistemas dunha ou dúas partes. Os adhesivos epoxi dun compoñente poden curarse a temperaturas de aproximadamente 120-150 C. Estas condicións resultan nunha maior resistencia, así como unha excelente adhesión aos metais, o que resulta nunha dura resistencia química.

2. Adhesivo de silicona

O adhesivo de silicona é un polímero versátil e impermeable cuxo compoñente principal é o dióxido de silicio, que se atopa principalmente no cuarzo. O termo silicona refírese principalmente ao grupo de polímeros que teñen un enlace siloxano co dos compostos orgánicos. A produción de adhesivos de silicona comeza principalmente co illamento do silicio da sílice. As propiedades especiais do silicio fan que sexa moi resistente. Ademais, a elasticidade e outras propiedades da sílice permanecen inalteradas a calquera temperatura. Os adhesivos de silicona utilízanse principalmente para unir metais debido á súa flexibilidade e propiedades, así como á súa capacidade para unir substratos diferentes.

Os adhesivos de silicona fanse principalmente illando a sílice do silicio. O dióxido de silicio atópase xeralmente na súa forma pura en certos minerais. Os adhesivos e selantes de silicona están feitos principalmente de silicona polimerizada. Cando a silicona non se cura, forma un xel moi pegajoso e un líquido. É bastante seguro de usar e úsase nunha variedade de aplicacións que son na súa maioría non tóxicas. Existen diferentes tipos de adhesivos de silicona, como: B. Adhesivos de silicona de alta temperatura, adhesivos de silicona vulcanizadora a temperatura ambiente (RTV), adhesivos de caucho de silicona, etc.

3. Adhesivo de poliuretano

Os adhesivos de poliuretano son principalmente adhesivos termoplásticos ou polímeros que conteñen réplicas de unidades de cadea orgánica unidas principalmente con enlaces de uretano. A reacción química entre os polímeros leva á formación dun adhesivo. En xeral, os adhesivos de poliuretano son principalmente marróns ou transparentes. Pódense engadir pigmentos como a cor verde ou vermella principalmente para fins de aplicación, como pulverización, facéndoos visibles nas áreas de aplicación. Utilízanse na construción, fabricación de mobles, laminación, chan e cubertas, aeroespacial e almacenamento frigorífico. Os adhesivos de poliuretano están dispoñibles principalmente como adhesivo de 2 compoñentes ou como adhesivo dun compoñente. O adhesivo de 2 compoñentes adoita endurecerse moito máis rápido que a variante de 1 compoñente e leva uns 30 minutos, dependendo da esixencia. Os adhesivos de poliuretano son selantes que poden curarse incluso en condicións difíciles como a calor e a humidade. Ademais, os adhesivos de poliuretano tamén son axeitados para diversos materiais como metal, madeira, formigón, caucho, resina epoxi e vidro. Tamén é importante saber que os adhesivos PUR son bastante impermeables; con todo, a resistencia á auga xeralmente varía segundo a formulación. Ademais, os adhesivos de poliuretano son respectuosos co medio ambiente xa que están libres de disolventes e teñen un valor VOC moi baixo. Ademais, tamén son aptas para alimentos.

Os adhesivos de poliuretano ou PU son moi versátiles e teñen as mellores propiedades. Tamén se modifican para proporcionar fórmulas personalizadas que se poden desenvolver en función de aplicacións específicas. Isto inclúe a capacidade de cambiar as propiedades físicas como a viscosidade e as propiedades de aplicación, como a vida útil. Os adhesivos de poliuretano pódense dividir en dúas categorías principais, sistemas de 1 parte ou 'parte' e sistemas de 2 ou 2 partes coas mellores vantaxes e inconvenientes de cada un.

A reacción química entre un isocianato e un poliol serve como base para todos os selantes e adhesivos de poliuretano. Para os sistemas 2K, o isocianato e o poliol fabrícanse e entréganse por separado. Para iniciar a reacción química e entrecruzar correctamente o sistema, os dous compoñentes deben mesturarse xusto antes do uso. Para garantir isto, debe asegurarse unha proporción precisa dos compoñentes e unha mestura suficiente para acadar as propiedades adhesivas de poliuretano necesarias.

En contraste con isto, os sistemas de 1 compoñente na produción de adhesivos de poliuretano prodúcense principalmente co poliol, que reacciona co exceso de isocianato para que a cadea de poliol poida terminar co grupo isocianato. A proporción de isocianato e poliol determina a lonxitude da cadea do polímero de poliuretano terminal. Tamén hai que ter en conta que este prepolímero de poliuretano é o compoñente reactivo máis importante para os sistemas adhesivos 1K.

Para completar unha reacción, un sistema 1K debe interactuar coa auga para reticular completamente. Tamén é importante entender que debe haber auga nun sistema 1K para que se entrecruce e que a auga pode ser humidade da atmosfera.

Aplicacións de adhesivos termocondutores

Os adhesivos condutores térmicamente utilízanse principalmente para envasado, revestimento e outras aplicacións de encapsulamento. Algúns dos usos específicos son

a. Unión para disipar a calor

Algúns compoñentes de compostos epoxi e silicona condutores térmicamente utilízanse principalmente para unir disipadores de calor a compoñentes electrónicos e placas de circuíto para a disipación da calor. Están deseñados principalmente para evitar o superenriquecido e a falla prematura dos compoñentes. A pasta térmica úsase en ordenadores, LED, láseres, vehículos eléctricos, frigoríficos, sistemas de xogos e teléfonos móbiles.

b. Encapsulamento/encapsulación de sensores

Os adhesivos condutores térmicamente tamén se usan para encapsular e encapsular sensores. Utilízanse principalmente porque poden unirse firmemente a varios materiais e tamén proporcionan protección contra diversos produtos químicos. O uso de adhesivos termocondutores para o envasado e a encapsulación proporciona ás formulacións unha protección adicional contra a humidade e varios tipos de axentes corrosivos. O uso de adhesivos termocondutores na maceta tamén proporciona un maior nivel de protección contra calquera tipo de humidade, así como contra axentes corrosivos como vibracións, golpes, acumulación de calor e moito máis. Non obstante, certos epoxis poden ser algo ríxidos; con todo, están formulados para ser máis flexibles, o que resulta nunha fácil recuperación.

c. paquete de escala de chip

As tecnoloxías de paquetes a escala de chip úsanse principalmente para produtos electrónicos e a súa popularidade é alta debido á crecente demanda de sistemas electrónicos compactos e portátiles. Os adhesivos condutores térmicamente están sendo utilizados de forma extensiva para paquetes de chips a medida que aumenta a demanda de produtos electrónicos portátiles.

é dicir. semicondutores de potencia

A condución, a convección e a radiación son as tres formas principais polas que se elimina a calor dun dispositivo electrónico. A condución transporta a maior parte da calor da fonte de calor no núcleo do dispositivo a través do substrato semicondutor, o marco de chumbo ao que está unido o chip e o material de moldeo que encapsula o dispositivo na superficie exterior dun dispositivo semicondutor embalado. Nesta fase a calor pódese transportar aínda máis por condución a través de calquera substancia sólida coa que o dispositivo entre en contacto, p. B. mediante unha placa de circuíto ou un disipador de calor externo.

Os fabricantes de semicondutores proporcionan os valores de resistencia térmica dos dispositivos envasados ​​como unha axuda de deseño para avaliar a súa capacidade de manexo de enerxía. Este valor, expresado normalmente como a resistencia térmica da unión ao ambiente, úsase para calcular a potencia que se pode disipar de forma segura dentro dun dispositivo sen superar a temperatura máxima de unión especificada (Tj).

Por este motivo, a maioría dos semicondutores de potencia están equipados con adhesivos termocondutores.

Adhesivo termocondutor vs. Graxa termocondutora

Antes de explicar a diferenza entre un adhesivo termocondutor e unha graxa termocondutora, imos explicar o que é unha graxa termocondutora.

A graxa térmica, tamén coñecida como graxa térmica ou pasta térmica, é unha substancia que se usa para mellorar a transferencia de calor entre dúas superficies, normalmente entre un microprocesador e un disipador de calor. A maioría dos microprocesadores non teñen unha parte superior completamente plana. Algúns conteñen rañuras pequenas, mentres que outros teñen unha lixeira protuberancia, creando espazos de aire entre a CPU e o disipador de calor que reducen o rendemento de arrefriamento do disipador de calor. Aplícase unha pequena capa de pasta térmica na parte superior da CPU e na parte inferior do disipador de calor para encher os espazos de aire.

Agora imos entender algunhas das propiedades do adhesivo térmico.

Debido a que a pasta térmica é illante eléctrica e condutora térmicamente, pódese usar en practicamente calquera aplicación electrónica que requira unha unión entre os compoñentes de xestión térmica. Non obstante, estas propiedades requiren unha composición química específica. A pasta térmica e a maioría dos conectores térmicos constan de dous compoñentes principais:

– Unha matriz é unha base polimérica que se usa habitualmente.

– Recheo metálico, líquido ou micronizado

A condutividade térmica e eléctrica da graxa vén determinada pola relación entre estes dous compoñentes. Cada mestura de graxas ten os seus propios beneficios e efectos que dependen da proporción.

Agora imos entender a relación entre adhesivos térmicos e pasta térmica.

A pasta térmica tamén pode comportarse como un adhesivo dependendo da química do polímero da matriz líquida. Debido ás súas propiedades adhesivas, algúns fabricantes fan referencia á pasta térmica como "adhesivo térmico". Os adhesivos térmicos veñen nunha variedade de formas e tamaños, incluíndo unha cinta ríxida que proporciona unha solución rápida para a adhesión en situacións de baixa condución de calor. Estes adhesivos tamén poden ser adhesivos típicos que se aplican en forma líquida e teñen propiedades pegajosas despois do curado.

Agora imos entender algunhas das vantaxes de usar adhesivo termocondutor.

Vantaxes do adhesivo termoconductor

• Alta resistencia e boa adherencia con respecto a diversos materiais de substrato
• Resistencia a temperaturas moi altas e baixas, permitindo acomodar diferentes tipos de expansión e contracción entre distintos substratos.
• Unha maior resistencia a calquera tipo de produtos químicos, auga e humidade
• Ademais, conséguese unha baixa desgasificación mediante o uso de adhesivos termocondutores, minimizando o risco de danos nos circuítos sensibles.
• Ademais, o adhesivo condutor térmicamente non é corrosivo e, polo tanto, é respectuoso co medio ambiente.
• Os adhesivos condutores térmicos son resistentes ao choque térmico, ao impacto e ás vibracións.
• Os adhesivos condutores térmicamente tamén son capaces de sobrevivir a niveis máis altos de procesos de refluxo de soldadura.
• Ademais, os adhesivos condutores térmicamente cumpren os requisitos de RoHS e REACH en maior medida.

Métodos de aplicación de adhesivos termocondutores

Actualmente, utilízanse adhesivos termocondutores en forma de cintas ou líquidos, así como adhesivos non condutores para a fixación. Os primeiros inclúen siliconas, epoxi e acrilatos, mentres que os segundos inclúen almofadas ou graxas termocondutores. Pódense usar adhesivos ou fixadores mecánicos xunto coas almofadas. Algunhas almofadas veñen con adhesivos sensibles á presión para facilitar a montaxe, mentres que outras únense con clips. As graxas condutoras térmicamente, como algunhas das almofadas, deben usarse con clips metálicos. Os soportes, que normalmente están feitos de aceiro inoxidable, permiten unha fácil fixación e son resistentes incluso aos golpes e vibracións máis duros. Os microprocesadores son a aplicación máis típica. As películas de poliimida ou poliéster e os adhesivos acrílicos sensibles á presión utilízanse para fabricar cintas adhesivas termocondutoras.

Do mesmo xeito que a cinta adhesiva, os adhesivos epoxi poden proporcionar un excelente illamento térmico e eléctrico, polo que son excelentes disipadores de calor para transistores, compoñentes, carcasas e placas de circuíto. Un exemplo é o tecido de vidro impregnado de resina epoxi. Do mesmo xeito que as cintas adhesivas, as preformas epoxi adoitan aplicarse a man. Aínda que son fáciles de instalar, requiren un posicionamento manual por parte dos operadores. Polo tanto, un proceso amigable para o operador pode ser a costa do rendemento global do produto. Deben examinarse as pastas adhesivas de resina epoxi xa que permiten automatizar a produción en masa. Son a substancia máis utilizada para unir compoñentes. Aínda que a serigrafía se usa habitualmente, os revestimentos epoxi dieléctricos de alta temperatura son preferidos para o seu uso a altas temperaturas.

Requisitos dos adhesivos termocondutores no proceso de fabricación

Os adhesivos poden soportar unha ampla gama de segmentos de aplicación e proporcionar as características de rendemento necesarias para a compatibilidade de fabricación, soporte estrutural e protección. Os adhesivos, por exemplo, deben poder fluír libremente durante a fabricación para evitar a formación de baleiros, ao tempo que teñen tempos de curado curtos para acelerar todo o proceso. Os adhesivos tamén deben unirse de forma segura ás superficies e crear unha forte unión entre os disipadores de calor e os compoñentes dunha placa de circuíto ou un chip e un paquete de circuíto integrado.

De feito, a interface entre o chip e o lado do paquete pode estar sometida a algunhas das tensións máis severas nun conxunto electrónico. Cando dous materiais diferentes se unen entre si, as variacións nos seus coeficientes de expansión térmica (CTE) poden causar tensión e tensión que poden debilitar ou mesmo romper a unión. Incluso durante o funcionamento normal do dispositivo, pode haber flutuacións de temperatura que supoñen un estrés adicional nesta interface de conexión. Os enxeñeiros poden acomodar os desaxustes de expansión térmica entre a matriz e o envase empregando adhesivos co CTE correcto que minimizan a tensión ao tempo que proporcionan un soporte estrutural adecuado para o conxunto.

Retos no campo dos termoadhesivos

A medida que aumenta a demanda dunha mellor xestión térmica, os enxeñeiros buscan adhesivos que disipen a calor de forma máis eficaz dos compoñentes sensibles e dos conxuntos completos. As propiedades térmicas dos adhesivos adoitan especificarse en termos de condutividade térmica, que describe a capacidade do material para transportar calor por si mesmo. A xestión térmica no deseño eléctrico, pola contra, consiste máis en disipar ou transportar a calor dun chip a través dun paquete ou dun compoñente a través dun disipador de calor.

As capacidades de transferencia de calor internas, descritas polos criterios de condutividade térmica, son só parte do obxectivo principal dun enxeñeiro. Unha propiedade máis práctica nun conxunto de produto típico é a resistencia térmica do material. A facilidade coa que a calor pode fluír pola interface entre a superficie do chip (ou dispositivo) e o material de interconexión e, finalmente, a través do contacto entre o material de interconexión e o paquete denomínase resistencia térmica (ou disipador de calor).

O grosor da unión e o tipo de superficies que se atopan na interface de enlace poden impedir a transferencia de calor en calquera conxunto de produto, xa sexa un chip que está unido a un paquete ou un compoñente que está unido a un disipador de calor. Segundo a ecuación de Fourier para a condución da calor, a taxa de fluxo de calor a través dun medio está inversamente relacionada co espesor do medio. Polo tanto, ao conectar materiais, os fabricantes esfórzanse polas liñas de conexión máis pequenas posibles. En realidade, unha liña de enlace delgada é preferible a unha grande porque non só reduce a resistencia térmica, senón que tamén reduce as tensións nas esquinas da liña de unión. Ademais, unha liña de cola estreita resulta nunha menor concentración de baleiros de aire en comparación cunha liña de cola grosa.

Conclusión

Todo isto foi sobre adhesivos termocondutores. Os adhesivos termocondutores desempeñaron durante moito tempo un papel importante na fabricación de produtos electrónicos e, segundo as tendencias da industria, a demanda de materiais termocondutores está aumentando. Os enxeñeiros necesitan materiais que poidan disipar máis calor dos dispositivos eléctricos modernos para industrias de rápido crecemento, como a electrónica de alta gama, a iluminación LED e moito máis. Os adhesivos condutores térmicos non só satisfacen unha variedade de necesidades de xestión térmica neste ambiente, senón que tamén os requisitos de montaxe de fabricación igualmente desafiantes e os ciclos de vida prolongados dos produtos.

 

Häufig gestellte Fragen

1. Como mesturar e medir o adhesivo térmico? ?

É importante axitar todos os produtos antes de pesar ou dosificar. Primeiro, tente pesar coidadosamente tanto as resinas como os endurecedores ou os po e aglutinantes en recipientes separados antes de mesturar. Intente mesturar ben as dúas partes dos sistemas adhesivos antes do uso.

O pesado ou a mestura inadecuados poden provocar que os materiais non se curen, que se ablanden a superficie e que se produzan ocos de aire e que se ablande a temperatura elevada.

2. Como se poden pegar materiais diferentes?

Seleccionando un adhesivo cun coeficiente de dilatación térmica adaptado aos materiais a unir. Se é posible, escolle un epoxi flexible. Intente eliminar a sucidade, aceites e graxas e endurecer mecánicamente a superficie antes de pegar. Os materiais deben curarse a temperatura ambiente durante 4-16 horas.

3. Como se deben diluír os adhesivos para a súa aplicación?

A maioría dos fabricantes recomendan un axente diluyente dispoñible comercialmente para os adhesivos diluidos porque é relativamente fácil de usar. Todas as etiquetas adhesivas de dilución indican canto diluyente se pode usar; polo tanto, debes seguir as instrucións e precaucións en consecuencia.

4. Como controlar os adhesivos cerámicos e as cerámicas fundibles?

O exceso de activador ou auga adicional aplicada a mesturas sen curar cando se usan materiais cerámicos poden producir fundidas febles e rachadas, encapsulación ou xuntas unidas. Comprobe a proporción de mestura utilizada ao mesturar os compoñentes. As cerámicas fundibles alcanzan a súa máxima resistencia despois do tratamento térmico.