Adesivi termicamente conduttivi: tutto ciò che devi sapere sugli adesivi termicamente conduttivi

Gli adesivi termicamente conduttivi vengono utilizzati principalmente per dissipare il calore dall'elettronica di potenza. Sono utilizzati principalmente per l'incollaggio di dissipatori di calore. Ad esempio, gli adesivi termicamente conduttivi vengono utilizzati principalmente per ridurre lo stress per prevenire il degrado delle prestazioni e il guasto dei componenti elettronici.

Gli adesivi termicamente conduttivi vengono utilizzati principalmente per incollare dissipatori di calore, LED e altri componenti elettronici che generano calore. La maggior parte degli adesivi termici si legherà sia ai metalli che alla plastica e fornirà una resistenza fisica permanente.

Resine sintetiche con componenti di riempimento in materiali metallici e inorganici vengono utilizzate per produrre adesivi termicamente conduttivi. I riempitivi metallici, come argento o grafite, offrono i migliori coefficienti di conducibilità termica. Tuttavia, queste proprietà rendono l'adesivo elettricamente conduttivo, il che è indesiderabile in varie applicazioni. Per ottenere contemporaneamente conducibilità termica e isolamento elettrico, è necessario utilizzare adesivi rinforzati con cariche minerali.

Tipi di adesivi termicamente conduttivi

Distinguiamo 3 tipi di adesivi termoconduttivi:

1. adesivi epossidici
2. adesivi siliconici
3. adesivi poliuretanici

1. Adesivo epossidico

Gli adesivi epossidici sono costituiti da una miscela di due componenti, principalmente la resina e l'indurente. Quando la resina viene miscelata con un catalizzatore adatto, viene avviata l'indurimento. La polimerizzazione è il processo in cui le catene molecolari reagiscono con siti chimicamente attivi, determinando una reazione esotermica. È anche importante sapere che i legami covalenti che esistono tra i gruppi epossidici della resina ei gruppi amminici degli indurenti sono creati dalla doppia combinazione di reticolazione del polimero.

Alcune variazioni nelle proprietà di resistenza meccanica si verificano controllando le condizioni di indurimento con la temperatura e la scelta di resine e composti indurenti. Gli adesivi epossidici vengono utilizzati principalmente come sistemi mono o bicomponenti. Gli adesivi epossidici monocomponenti possono essere polimerizzati a temperature di circa 120-150 C. Queste condizioni si traducono in una maggiore resistenza e un'eccellente adesione ai metalli, con conseguente tenace resistenza chimica.

2. Adesivo siliconico

L'adesivo siliconico è un polimero versatile e impermeabile il cui componente principale è il biossido di silicio, che si trova principalmente nel quarzo. Il termine silicone si riferisce principalmente al gruppo di polimeri che hanno un legame silossano con quello dei composti organici. La produzione di adesivi siliconici inizia principalmente con l'isolamento del silicio dalla silice. Le particolari proprietà del silicone lo rendono molto resistente. Inoltre, l'elasticità e le altre proprietà della silice rimangono invariate a qualsiasi temperatura. Gli adesivi siliconici vengono utilizzati principalmente per incollare metalli grazie alla loro flessibilità e proprietà, nonché alla loro capacità di incollare substrati dissimili.

Gli adesivi siliconici sono realizzati principalmente isolando la silice dal silicio. Il biossido di silicio si trova generalmente nella sua forma pura in alcuni minerali. Gli adesivi e i sigillanti siliconici sono realizzati principalmente in silicone polimerizzato. Quando il silicone non è polimerizzato, forma un gel altamente appiccicoso oltre che un liquido. È abbastanza sicuro da usare e viene utilizzato in una varietà di applicazioni che sono per lo più non tossiche. Esistono diversi tipi di adesivi siliconici, come ad esempio: B. Adesivi in ​​silicone per alte temperature, adesivi in ​​silicone vulcanizzante a temperatura ambiente (RTV), adesivi in ​​gomma siliconica, ecc.

3. Adesivo poliuretanico

Gli adesivi poliuretanici sono principalmente adesivi termoplastici o polimeri contenenti repliche di unità di catena organiche legate principalmente con maglie in uretano. La reazione chimica tra i polimeri porta alla formazione di un adesivo. In generale, gli adesivi poliuretanici sono principalmente marroni o trasparenti. Pigmenti come il colore verde o rosso possono essere aggiunti principalmente per scopi applicativi come la spruzzatura, rendendoli visibili nelle aree di applicazione. Sono utilizzati nell'edilizia, nella produzione di mobili, nella laminazione, nei pavimenti e nelle coperture, nel settore aerospaziale e nelle celle frigorifere. Gli adesivi poliuretanici sono disponibili principalmente come adesivi a 2 componenti o come adesivi monocomponenti. L'adesivo a 2 componenti in genere indurisce molto più velocemente rispetto alla variante a 1 componente e impiega circa 30 minuti, a seconda delle esigenze. Gli adesivi poliuretanici sono sigillanti che possono polimerizzare anche in condizioni difficili come calore e umidità. Inoltre, gli adesivi poliuretanici sono adatti anche per vari materiali come metallo, legno, cemento, gomma, resina epossidica e vetro. È anche importante sapere che gli adesivi PUR sono abbastanza impermeabili; tuttavia, la resistenza all'acqua varia generalmente in base alla formulazione. Inoltre, gli adesivi poliuretanici sono ecologici in quanto sono privi di solventi e hanno un valore di COV molto basso. Inoltre, sono anche sicuri per gli alimenti.

Gli adesivi poliuretanici o gli adesivi PU sono molto versatili e hanno le migliori proprietà. Sono inoltre modificati per fornire formule personalizzate che possono essere sviluppate sulla base di applicazioni specifiche. Ciò include la possibilità di modificare le proprietà fisiche come la viscosità e le proprietà applicative come il pot life. Gli adesivi poliuretanici possono essere suddivisi in due categorie principali, sistemi a 1 parte o "parte" e sistemi a 2 o 2 parti con i migliori vantaggi e svantaggi di ciascuno.

La reazione chimica tra un isocianato e un poliolo funge da base per tutti i sigillanti e adesivi poliuretanici. Per i sistemi 2K, l'isocianato e il poliolo sono prodotti e forniti separatamente. Per avviare la reazione chimica e reticolare correttamente il sistema, i due componenti devono essere miscelati appena prima dell'uso. Per garantire ciò, è necessario garantire un rapporto accurato dei componenti e una miscelazione sufficiente per ottenere le proprietà adesive poliuretaniche richieste.

Al contrario, i sistemi monocomponenti nella produzione di adesivi poliuretanici vengono prodotti principalmente con il poliolo, che reagisce con l'isocianato in eccesso in modo che la catena del poliolo possa essere terminata con il gruppo isocianato. Il rapporto tra isocianato e poliolo determina la lunghezza della catena del polimero poliuretanico terminale. Va inoltre notato che questo prepolimero poliuretanico è il componente reattivo più importante per i sistemi adesivi 1K.

Per completare una reazione, un sistema 1K deve interagire con l'acqua per reticolare completamente. È anche importante rendersi conto che ci deve essere acqua in un sistema 1K perché possa reticolare e che l'acqua può essere umidità dall'atmosfera.

Applicazioni di adesivi termicamente conduttivi

Gli adesivi termicamente conduttivi vengono utilizzati principalmente per applicazioni di impregnazione, rivestimento e altre applicazioni di incapsulamento. Alcuni degli usi specifici lo sono

un. Legame per dissipare il calore

Alcuni componenti di composti epossidici e siliconici termicamente conduttivi vengono utilizzati principalmente per l'incollaggio di dissipatori di calore a componenti elettronici e circuiti stampati per la dissipazione del calore. Sono progettati principalmente per prevenire il surriscaldamento e il guasto prematuro dei componenti. La pasta termica viene utilizzata in computer, LED, laser, veicoli elettrici, frigoriferi, sistemi di gioco e telefoni cellulari.

b. Incapsulamento/incapsulamento dei sensori

Gli adesivi termicamente conduttivi vengono utilizzati anche per l'incapsulamento e l'incapsulamento dei sensori. Sono utilizzati principalmente perché possono essere saldamente legati a vari materiali e forniscono anche protezione da vari prodotti chimici. L'uso di adesivi termicamente conduttivi per l'incapsulamento e l'incapsulamento conferisce alle formulazioni un'ulteriore protezione dall'umidità e da vari tipi di agenti corrosivi. L'uso di adesivi termicamente conduttivi nell'invasatura fornisce anche un livello più elevato di protezione da qualsiasi tipo di umidità, nonché da agenti corrosivi come vibrazioni, urti, accumulo di calore e altro ancora. Tuttavia, alcune resine epossidiche possono essere alquanto rigide; tuttavia, sono formulati per essere più flessibili, con conseguente facile recupero.

c. pacchetto bilancia per chip

Le tecnologie dei pacchetti in scala di chip vengono utilizzate principalmente per i prodotti elettronici e la loro popolarità è elevata a causa della crescente domanda di sistemi elettronici compatti e portatili. Gli adesivi termicamente conduttivi vengono ampiamente utilizzati per i pacchetti in scala di chip poiché la domanda di elettronica portatile aumenta.

cioè. semiconduttori di potenza

Conduzione, convezione e irraggiamento sono i tre modi principali in cui il calore viene rimosso da un dispositivo elettronico. La conduzione trasporta la maggior parte del calore dalla fonte di calore al centro del dispositivo attraverso il substrato semiconduttore, il leadframe a cui è attaccato il chip e il materiale di stampaggio che incapsula il dispositivo alla superficie esterna di un dispositivo semiconduttore confezionato. In questa fase il calore può essere ulteriormente trasportato per conduzione attraverso qualsiasi sostanza solida con cui il dispositivo viene a contatto, ad es. B. da un circuito stampato o da un dissipatore di calore esterno.

I valori di resistenza termica per i dispositivi confezionati sono forniti dai produttori di semiconduttori come ausilio alla progettazione per valutare la loro capacità di gestione della potenza. Questo valore, solitamente espresso come resistenza termica giunzione-ambiente, viene utilizzato per calcolare la potenza che può essere dissipata in sicurezza all'interno di un dispositivo senza superare la temperatura massima di giunzione specificata (Tj).

Per questo motivo, la maggior parte dei semiconduttori di potenza sono dotati di adesivi termicamente conduttivi.

Adesivo termicamente conduttivo vs. grasso termicamente conduttivo

Prima di spiegare la differenza tra un adesivo termicamente conduttivo e un grasso termicamente conduttivo, spieghiamo cos'è un grasso termicamente conduttivo

Il grasso termico, noto anche come grasso termico o pasta termica, è una sostanza utilizzata per migliorare il trasferimento di calore tra due superfici, tipicamente tra un microprocessore e un dissipatore di calore. La maggior parte dei microprocessori non ha una parte superiore completamente piatta. Alcuni contengono piccole scanalature, mentre altri hanno un leggero rigonfiamento, creando spazi d'aria tra la CPU e il dissipatore di calore che riducono le prestazioni di raffreddamento del dissipatore di calore. Un piccolo strato di pasta termica viene applicato sulla parte superiore della CPU e sul fondo del dissipatore di calore per riempire gli spazi d'aria.

Ora comprendiamo alcune delle proprietà dell'adesivo termico.

Poiché la pasta termica è elettricamente isolante e termicamente conduttiva, può essere utilizzata praticamente in qualsiasi applicazione elettronica che richieda un legame tra i componenti di gestione termica. Tuttavia, queste proprietà richiedono una composizione chimica specifica. La pasta termica e la maggior parte dei connettori termici sono costituiti da due componenti principali:

– Una matrice è una base polimerica comunemente usata.

– Carica metallica, liquida o micronizzata

La conducibilità termica ed elettrica del grasso è determinata dal rapporto tra questi due componenti. Ogni miscela di grassi ha i suoi benefici ed effetti che dipendono dalla proporzione.

Ora capiamo la relazione tra adesivi termici e pasta termica.

La pasta termica può anche comportarsi come un adesivo a seconda della chimica del polimero della matrice liquida. A causa delle sue proprietà adesive, alcuni produttori chiamano la pasta termica "adesivo termico". Gli adesivi termici sono disponibili in una varietà di forme e dimensioni, incluso un nastro rigido che fornisce una soluzione rapida per l'adesione in situazioni di bassa conduzione del calore. Questi adesivi possono anche essere adesivi tipici che vengono applicati in forma liquida e hanno proprietà appiccicose dopo l'indurimento.

Ora comprendiamo alcuni dei vantaggi dell'utilizzo di adesivo termicamente conduttivo.

Vantaggi dell'adesivo termicamente conduttivo

• Elevata resistenza e buona adesione rispetto a vari materiali di supporto
• Resistenza a temperature molto alte e basse, che consente di accogliere diversi tipi di espansione e contrazione tra diversi substrati
• Una maggiore resistenza a qualsiasi tipo di prodotto chimico, acqua e umidità
• Inoltre, si ottiene un basso degassamento attraverso l'uso di adesivi termicamente conduttivi, riducendo al minimo il rischio di danni ai circuiti sensibili.
• Inoltre, l'adesivo termicamente conduttivo non è corrosivo e quindi ecologico.
• Gli adesivi termicamente conduttivi sono resistenti a shock termici, urti e vibrazioni.
• Gli adesivi termicamente conduttivi sono anche in grado di sopravvivere a livelli più elevati di processi di rifusione della saldatura.
• Inoltre, gli adesivi termicamente conduttivi soddisfano maggiormente i requisiti di RoHS e REACH.

Metodi di applicazione per adesivo termicamente conduttivo

Attualmente per il fissaggio vengono utilizzati adesivi termicamente conduttivi sotto forma di nastri o liquidi, nonché adesivi non conduttivi. I primi includono siliconi, epossidici e acrilati, mentre i secondi includono cuscinetti o grassi termicamente conduttivi. È possibile utilizzare adesivi o dispositivi di fissaggio meccanici in combinazione con i cuscinetti. Alcuni cuscinetti sono dotati di adesivi sensibili alla pressione per facilitare il montaggio, mentre altri si fissano con clip. I grassi termicamente conduttivi, come alcuni cuscinetti, devono essere utilizzati con clip metalliche. Le staffe, solitamente realizzate in acciaio inossidabile, consentono un facile fissaggio e sono resistenti anche agli urti e alle vibrazioni più violenti. I microprocessori sono l'applicazione più tipica. Pellicole in poliimmide o poliestere e adesivi acrilici sensibili alla pressione vengono utilizzati per realizzare nastri adesivi termicamente conduttivi.

Come il nastro adesivo, gli adesivi epossidici possono fornire un eccellente isolamento termico ed elettrico, rendendoli eccellenti dissipatori di calore per transistor, componenti, custodie e circuiti stampati. Un esempio è il tessuto di vetro impregnato di resina epossidica. Come i nastri adesivi, le preforme epossidiche vengono spesso applicate a mano. Sebbene facili da installare, richiedono il posizionamento manuale da parte degli operatori. Pertanto, un processo intuitivo per l'operatore può andare a scapito della produttività complessiva del prodotto. Le paste adesive in resina epossidica dovrebbero essere esaminate in quanto consentono l'automazione della produzione di massa. Sono la sostanza più comunemente usata per l'incollaggio dei componenti. Sebbene la stampa serigrafica sia comunemente utilizzata, i rivestimenti epossidici dielettrici ad alta temperatura sono preferiti per l'uso ad alte temperature.

Requisiti per adesivi termicamente conduttivi nel processo di produzione

Gli adesivi possono supportare un'ampia gamma di segmenti di applicazione e fornire le caratteristiche prestazionali necessarie per la compatibilità di produzione, il supporto strutturale e la protezione. Gli adesivi, ad esempio, devono poter scorrere liberamente durante la produzione per evitare la formazione di vuoti, pur avendo tempi di polimerizzazione brevi per accelerare l'intero processo. Gli adesivi devono inoltre aderire saldamente alle superfici e creare un forte legame tra dissipatori di calore e componenti su un circuito stampato o un chip e un pacchetto di circuiti integrati.

Infatti, l'interfaccia tra il chip e il lato confezione può essere sottoposta ad alcune delle sollecitazioni più severe in un assieme elettronico. Quando due materiali dissimili sono legati insieme, le variazioni dei loro coefficienti di dilatazione termica (CTE) possono causare sollecitazioni e deformazioni che possono indebolire o addirittura rompere il legame. Anche durante il normale funzionamento del dispositivo, possono verificarsi sbalzi di temperatura che mettono ulteriormente a dura prova questa interfaccia di connessione. Gli ingegneri possono compensare i disallineamenti di dilatazione termica tra la matrice e la confezione utilizzando adesivi con il CTE corretto che riducono al minimo lo stress fornendo al contempo un supporto strutturale adeguato per l'assieme.

Sfide nel campo degli adesivi termici

Con l'aumento della richiesta di una migliore gestione termica, gli ingegneri sono alla ricerca di adesivi che dissipino in modo più efficace il calore dai componenti sensibili e dagli assiemi completi. Le proprietà termiche degli adesivi sono spesso specificate in termini di conducibilità termica, che descrive la capacità del materiale di trasportare calore attraverso se stesso. La gestione termica nella progettazione elettrica, d'altra parte, riguarda più la dissipazione o il trasporto di calore da un chip attraverso un pacchetto o da un componente attraverso un dissipatore di calore.

Le capacità interne di trasferimento del calore, descritte dai criteri di conducibilità termica, sono solo una parte dell'obiettivo principale di un ingegnere. Una proprietà più pratica in un tipico assemblaggio di prodotti è la resistenza termica del materiale. La facilità con cui il calore può fluire attraverso l'interfaccia tra la superficie del chip (o del dispositivo) e il materiale di interconnessione e, in definitiva, attraverso il contatto tra il materiale di interconnessione e il pacchetto viene definita resistenza termica (o dissipatore di calore).

Lo spessore dell'incollaggio e il tipo di superfici che si incontrano all'interfaccia dell'incollaggio possono impedire il trasferimento di calore in qualsiasi assemblaggio di prodotti, sia che si tratti di un chip legato a un pacchetto o di un componente attaccato a un dissipatore di calore. Secondo l'equazione di Fourier per la conduzione del calore, la velocità del flusso di calore attraverso un mezzo è inversamente correlata allo spessore del mezzo. Pertanto, quando si collegano i materiali, i produttori cercano le linee di collegamento più piccole possibili. In realtà, una linea di giunzione sottile è preferibile a una grande perché non solo riduce la resistenza termica, ma riduce anche le sollecitazioni agli angoli della linea di giunzione. Inoltre, una linea di colla stretta comporta una minore concentrazione di vuoti d'aria rispetto a una linea di colla spessa.

Conclusione

Si trattava di adesivi termicamente conduttivi. Gli adesivi termicamente conduttivi svolgono da tempo un ruolo importante nella produzione di elettronica e, secondo le tendenze del settore, la domanda di materiali termicamente conduttivi è in aumento. Gli ingegneri hanno bisogno di materiali in grado di dissipare più calore dai moderni dispositivi elettrici per settori in rapida crescita come l'elettronica di fascia alta, l'illuminazione a LED e altro ancora. Gli adesivi termicamente conduttivi non solo soddisfano una varietà di esigenze di gestione termica in questo ambiente, ma anche requisiti di assemblaggio di produzione altrettanto impegnativi e cicli di vita estesi dei prodotti.

 

Domande Frequenti

1. Come mescolare e misurare l'adesivo termico? ?

È importante mescolare tutti i prodotti prima della pesatura o del dosaggio. Innanzitutto, prova a pesare attentamente sia le resine che gli indurenti o le polveri e i leganti in contenitori separati prima di miscelare. Provare a mescolare accuratamente entrambe le parti dei sistemi adesivi prima dell'uso.

Una pesatura o una miscelazione improprie possono comportare la mancata polimerizzazione dei materiali, l'ammorbidimento della superficie e la formazione di vuoti d'aria e l'addolcimento a temperatura elevata.

2. Come si possono incollare materiali diversi?

Selezionando un adesivo con un coefficiente di dilatazione termica adeguato ai materiali da incollare. Se possibile, scegli una resina epossidica flessibile. Cerca di rimuovere sporco, oli e grassi e irruvidisci meccanicamente la superficie prima di incollare. I materiali dovrebbero polimerizzare a temperatura ambiente per 4-16 ore.

3. Come devono essere diluiti gli adesivi per l'applicazione?

La maggior parte dei produttori consiglia un agente diluente disponibile in commercio per diluire gli adesivi perché è relativamente facile da usare. Tutte le etichette adesive più sottili indicano quanto diluente può essere utilizzato; pertanto, dovresti seguire le istruzioni e le precauzioni di conseguenza.

4. Come controllare gli adesivi ceramici e le ceramiche calcinabili?

L'eccesso di attivatore o acqua aggiuntiva applicata a miscele non polimerizzate quando si utilizzano materiali ceramici può causare fusioni incrinate e deboli, incapsulamento o giunti incollati. Controllare il rapporto di miscelazione utilizzato durante la miscelazione dei componenti. Le ceramiche calcinabili raggiungono la loro massima resistenza dopo il trattamento termico.