Kleje termoprzewodzące - wszystko, co musisz wiedzieć o klejach termoprzewodzących

Kleje termoprzewodzące są używane przede wszystkim do odprowadzania ciepła z elektroniki mocy. Stosowane są głównie do klejenia radiatorów. Na przykład kleje przewodzące ciepło są stosowane przede wszystkim w celu zmniejszenia naprężeń, aby zapobiec pogorszeniu wydajności i awarii podzespołów elektronicznych.

Kleje termoprzewodzące są używane głównie do łączenia radiatorów, diod LED i innych elementów elektronicznych wytwarzających ciepło. Większość klejów termicznych łączy się zarówno z metalami, jak i tworzywami sztucznymi i zapewnia trwałą wytrzymałość fizyczną.

Do produkcji klejów termoprzewodzących stosuje się żywice syntetyczne z wypełniaczami z materiałów metalicznych i nieorganicznych. Wypełniacze metaliczne, takie jak srebro czy grafit, oferują najlepsze współczynniki przewodności cieplnej. Jednak te właściwości sprawiają, że klej przewodzi elektryczność, co jest niepożądane w różnych zastosowaniach. Aby jednocześnie uzyskać przewodność cieplną i izolację elektryczną, konieczne jest zastosowanie klejów zbrojonych wypełniaczami mineralnymi.

Rodzaje klejów termoprzewodzących

Wyróżniamy 3 rodzaje klejów termoprzewodzących:

1. kleje epoksydowe
2. kleje silikonowe
3. kleje poliuretanowe

1. Klej epoksydowy

Kleje epoksydowe składają się z mieszaniny dwóch składników, głównie żywicy i utwardzacza. Po zmieszaniu żywicy z odpowiednim katalizatorem rozpoczyna się utwardzanie. Utwardzanie to proces, w którym łańcuchy molekularne reagują z chemicznie aktywnymi miejscami, powodując reakcję egzotermiczną. Ważne jest również, aby wiedzieć, że wiązania kowalencyjne istniejące między grupami epoksydowymi żywicy i grupami aminowymi utwardzacza są tworzone przez podwójną kombinację sieciowania polimeru.

Pewne różnice we właściwościach wytrzymałości mechanicznej pojawiają się w wyniku kontrolowania warunków utwardzania za pomocą temperatury i wyboru związków żywicy i utwardzacza. Kleje epoksydowe stosuje się głównie jako systemy jedno- lub dwuskładnikowe. Kleje epoksydowe jednoskładnikowe utwardzają się w temperaturach ok. 120-150 C. Warunki te skutkują wyższą wytrzymałością oraz doskonałą adhezją do metali, co skutkuje twardą odpornością chemiczną.

2. Klej silikonowy

Klej silikonowy to uniwersalny, wodoodporny polimer, którego głównym składnikiem jest dwutlenek krzemu, występujący głównie w kwarcu. Termin silikon odnosi się przede wszystkim do grupy polimerów, które mają wiązanie siloksanowe ze związkami organicznymi. Produkcja klejów silikonowych rozpoczyna się głównie od izolacji krzemu z krzemionki. Specjalne właściwości krzemu czynią go bardzo odpornym. Ponadto elastyczność i inne właściwości krzemionki pozostają niezmienione w każdej temperaturze. Kleje silikonowe są używane przede wszystkim do łączenia metali ze względu na ich elastyczność i właściwości, a także zdolność do łączenia różnych podłoży.

Kleje silikonowe są wytwarzane głównie przez izolację krzemionki od krzemu. Dwutlenek krzemu na ogół znajduje się w czystej postaci w niektórych minerałach. Kleje i uszczelniacze silikonowe są wykonane głównie z silikonu spolimeryzowanego. Gdy silikon jest nieutwardzony, tworzy bardzo lepki żel, a także płyn. Jest dość bezpieczny w użyciu i jest używany w różnych zastosowaniach, które w większości są nietoksyczne. Istnieją różne rodzaje klejów silikonowych, takie jak: B. Kleje silikonowe wysokotemperaturowe, kleje silikonowe wulkanizujące w temperaturze pokojowej (RTV), kleje silikonowe itp.

3. Klej poliuretanowy

Kleje poliuretanowe to przede wszystkim kleje termoplastyczne lub polimery zawierające repliki jednostek łańcucha organicznego związane głównie ogniwami uretanowymi. Reakcja chemiczna pomiędzy polimerami prowadzi do powstania kleju. Ogólnie kleje poliuretanowe są głównie brązowe lub przezroczyste. Pigmenty, takie jak kolor zielony lub czerwony, mogą być dodawane głównie do celów aplikacji, takich jak spryskiwanie, dzięki czemu są widoczne w miejscach aplikacji. Stosowane są w budownictwie, produkcji mebli, laminowaniu, pokryciu podłóg i dachów, lotnictwie i chłodniach. Kleje poliuretanowe są dostępne głównie jako kleje dwuskładnikowe lub jako kleje jednoskładnikowe. Klej dwuskładnikowy zwykle twardnieje znacznie szybciej niż wariant jednoskładnikowy i zajmuje około 2 minut, w zależności od wymagań. Kleje poliuretanowe to uszczelniacze, które mogą utwardzać się nawet w trudnych warunkach, takich jak wysoka temperatura i wilgotność. Ponadto kleje poliuretanowe nadają się również do różnych materiałów, takich jak metal, drewno, beton, guma, żywica epoksydowa i szkło. Ważne jest również, aby wiedzieć, że kleje PUR są dość wodoodporne; jednak odporność na wodę na ogół różni się w zależności od preparatu. Ponadto kleje poliuretanowe są przyjazne dla środowiska, ponieważ nie zawierają rozpuszczalników i mają bardzo niską wartość LZO. Ponadto są również bezpieczne dla żywności.

Kleje poliuretanowe lub kleje PU są bardzo wszechstronne i mają najlepsze właściwości. Są one również modyfikowane, aby zapewnić niestandardowe formuły, które można opracować w oparciu o określone aplikacje. Obejmuje to zdolność do zmiany właściwości fizycznych, takich jak lepkość i właściwości aplikacji, takich jak żywotność. Kleje poliuretanowe można podzielić na dwie główne kategorie, jednoczęściowe lub „częściowe” oraz dwuczęściowe lub dwuczęściowe, z najlepszymi zaletami i wadami każdego z nich.

Reakcja chemiczna między izocyjanianem a poliolem stanowi podstawę wszystkich uszczelniaczy i klejów poliuretanowych. W przypadku systemów 2K izocyjanian i poliol są produkowane i dostarczane oddzielnie. Aby zainicjować reakcję chemiczną i prawidłowo usieciować układ, dwa składniki należy wymieszać tuż przed użyciem. Aby to zapewnić, należy zapewnić dokładne proporcje składników i wystarczające wymieszanie, aby osiągnąć wymagane właściwości klejące poliuretanu.

W przeciwieństwie do tego, systemy jednoskładnikowe w produkcji klejów poliuretanowych wytwarzane są głównie z poliolem, który reaguje z nadmiarem izocyjanianu tak, że łańcuch poliolu może być zakończony grupą izocyjanianową. Stosunek izocyjanianu i poliolu określa długość łańcucha końcowego polimeru poliuretanowego. Należy również zauważyć, że ten prepolimer poliuretanowy jest najważniejszym składnikiem reaktywnym w systemach klejących 1K.

Aby zakończyć reakcję, system 1K musi wchodzić w interakcję z wodą, aby w pełni usieciować. Ważne jest również, aby zdać sobie sprawę, że w systemie 1K musi być woda, aby mogła się usieciować, i że woda może być wilgocią z atmosfery.

Zastosowania klejów termoprzewodzących

Kleje termoprzewodzące są używane głównie do zalewania, powlekania i innych zastosowań związanych z hermetyzacją. Niektóre z konkretnych zastosowań to

a. Klejenie w celu rozproszenia ciepła

Niektóre składniki przewodzących ciepło związków epoksydowych i silikonowych są głównie używane do łączenia radiatorów z elementami elektronicznymi i płytkami drukowanymi w celu rozpraszania ciepła. Zostały zaprojektowane przede wszystkim w celu zapobiegania przegrzaniu i przedwczesnej awarii podzespołów. Pasta termiczna jest stosowana w komputerach, diodach LED, laserach, pojazdach elektrycznych, lodówkach, systemach do gier i telefonach komórkowych.

b. Zalewanie/hermetyzacja czujników

Kleje termoprzewodzące są również używane do zalewania i hermetyzacji czujników. Stosowane są przede wszystkim dlatego, że można je mocno łączyć z różnymi materiałami, a także zapewniają ochronę przed różnymi chemikaliami. Zastosowanie klejów termoprzewodzących do zalewania i hermetyzacji daje preparatom dodatkową ochronę przed wilgocią i różnego rodzaju czynnikami korozyjnymi. Zastosowanie w doniczce klejów przewodzących ciepło zapewnia również wyższy poziom ochrony przed wszelkiego rodzaju wilgocią, a także przed czynnikami korozyjnymi, takimi jak wibracje, wstrząsy, gromadzenie się ciepła i inne. Jednak niektóre epoksydy mogą być nieco sztywne; są jednak formułowane tak, aby były bardziej elastyczne, co skutkuje łatwym powrotem do zdrowia.

c. pakiet wagi chipowej

Technologie pakietów w skali chipów są wykorzystywane głównie w produktach elektronicznych, a ich popularność jest wysoka ze względu na rosnące zapotrzebowanie na kompaktowe i przenośne systemy elektroniczne. Kleje termoprzewodzące są szeroko stosowane w opakowaniach w skali chipowej, ponieważ rośnie zapotrzebowanie na przenośną elektronikę.

tj. półprzewodniki mocy

Przewodzenie, konwekcja i promieniowanie to trzy główne sposoby usuwania ciepła z urządzenia elektronicznego. Przewodzenie przenosi większość ciepła ze źródła ciepła w rdzeniu urządzenia przez podłoże półprzewodnikowe, ramkę wyprowadzeniową, do której przymocowany jest chip, oraz materiał do formowania, który otacza urządzenie, na zewnętrzną powierzchnię zapakowanego urządzenia półprzewodnikowego. Na tym etapie ciepło może być dalej transportowane przez przewodnictwo przez dowolną substancję stałą, z którą urządzenie styka się, np. B. przez płytkę drukowaną lub zewnętrzny radiator.

Wartości oporu cieplnego dla urządzeń w opakowaniach są dostarczane przez producentów półprzewodników jako pomoc projektowa w ocenie ich zdolności do przenoszenia mocy. Wartość ta, zwykle wyrażona jako opór cieplny złącze-otoczenie, służy do obliczania mocy, która może być bezpiecznie rozproszona wewnątrz urządzenia bez przekraczania określonej maksymalnej temperatury złącza (Tj).

Z tego powodu większość półprzewodników mocy jest wyposażona w kleje przewodzące ciepło.

Klej przewodzący ciepło a smar przewodzący ciepło

Zanim wyjaśnimy różnicę między klejem przewodzącym ciepło a smarem przewodzącym ciepło, wyjaśnijmy, czym jest smar przewodzący ciepło

Pasta termoprzewodząca, znana również jako pasta termoprzewodząca lub pasta termoprzewodząca, jest substancją stosowaną do poprawy wymiany ciepła między dwiema powierzchniami, zwykle między mikroprocesorem a radiatorem. Większość mikroprocesorów nie ma całkowicie płaskiej góry. Niektóre zawierają małe rowki, podczas gdy inne mają niewielkie wybrzuszenie, tworząc szczeliny powietrzne między procesorem a radiatorem, które zmniejszają wydajność chłodzenia radiatora. Niewielka warstwa pasty termicznej jest nakładana na górną część procesora i spód radiatora, aby wypełnić przestrzenie powietrzne.

Przyjrzyjmy się teraz niektórym właściwościom kleju termicznego.

Ponieważ pasta termoprzewodząca zapewnia izolację elektryczną i przewodzi ciepło, można ją stosować w praktycznie każdym zastosowaniu elektronicznym, które wymaga połączenia między elementami zarządzania termicznego. Jednak te właściwości wymagają określonego składu chemicznego. Pasta termiczna i większość łączników termicznych składa się z dwóch głównych elementów:

– Matryca to powszechnie stosowana baza polimerowa.

– Wypełniacz metalowy, płynny lub mikronizowany

Przewodność cieplna i elektryczna smaru zależy od stosunku między tymi dwoma składnikami. Każda mieszanka tłuszczowa ma swoje zalety i efekty, które zależą od proporcji.

Teraz zrozummy związek między klejami termicznymi a pastą termiczną.

Pasta termiczna może również zachowywać się jak klej w zależności od chemii polimerów ciekłej matrycy. Ze względu na właściwości klejące niektórzy producenci nazywają pastę termiczną „klejem termicznym”. Kleje termiczne są dostępne w różnych kształtach i rozmiarach, w tym sztywna taśma, która zapewnia szybkie mocowanie w sytuacjach niskiego przewodzenia ciepła. Te kleje mogą być również typowymi klejami, które są nakładane w postaci płynnej i mają właściwości lepkie po utwardzeniu.

Przyjrzyjmy się teraz niektórym zaletom stosowania kleju termoprzewodzącego.

Zalety kleju termoprzewodzącego

• Wysoka wytrzymałość i dobra przyczepność do różnych materiałów podłoża
• Odporność na bardzo wysokie i niskie temperatury, umożliwiająca uwzględnienie różnych rodzajów rozszerzania i kurczenia między różnymi podłożami
• Większa odporność na wszelkiego rodzaju chemikalia, wodę i wilgoć
• Ponadto niskie odgazowanie uzyskuje się dzięki zastosowaniu klejów przewodzących ciepło, co minimalizuje ryzyko uszkodzenia wrażliwych obwodów.
• Ponadto klej termoprzewodzący nie powoduje korozji, a zatem jest przyjazny dla środowiska.
• Kleje termoprzewodzące są odporne na szok termiczny, uderzenia i wibracje.
• Kleje termoprzewodzące są również w stanie przetrwać wyższy poziom procesów ponownego rozpływu lutu.
• Ponadto kleje termoprzewodzące w większym stopniu spełniają wymagania RoHS i REACH.

Metody aplikacji kleju termoprzewodzącego

Obecnie do mocowania stosuje się kleje termoprzewodzące w postaci taśm lub płynów oraz kleje nieprzewodzące. Do tych pierwszych należą silikony, epoksydy i akrylany, a do drugich podkładki lub smary przewodzące ciepło. W połączeniu z podkładkami można stosować kleje lub łączniki mechaniczne. Niektóre podkładki są dostarczane z samoprzylepnymi klejami ułatwiającymi montaż, podczas gdy inne mocowane są za pomocą klipsów. Smary przewodzące ciepło, podobnie jak niektóre podkładki, muszą być stosowane z metalowymi zaciskami. Wsporniki, które zwykle są wykonane ze stali nierdzewnej, pozwalają na łatwy montaż i są odporne na nawet najcięższe wstrząsy i wibracje. Najbardziej typową aplikacją są mikroprocesory. Folie poliamidowe lub poliestrowe oraz akrylowe kleje przylepcowe są wykorzystywane do produkcji termoprzewodzących taśm klejących.

Podobnie jak taśma samoprzylepna, kleje epoksydowe mogą zapewnić doskonałą izolację termiczną i elektryczną, dzięki czemu są doskonałymi radiatorami dla tranzystorów, komponentów, obudów i płytek drukowanych. Przykładem jest tkanina szklana impregnowana żywicą epoksydową. Podobnie jak taśmy samoprzylepne, preformy epoksydowe są często nakładane ręcznie. Choć są łatwe w instalacji, wymagają ręcznego pozycjonowania przez operatorów. Dlatego proces przyjazny dla operatora może odbywać się kosztem ogólnej przepustowości produktu. Należy zbadać pasty klejące na bazie żywicy epoksydowej, ponieważ umożliwiają one automatyzację masowej produkcji. Są najczęściej stosowaną substancją do łączenia komponentów. Chociaż powszechnie stosuje się sitodruk, do stosowania w wysokich temperaturach preferowane są wysokotemperaturowe dielektryczne powłoki epoksydowe.

Wymagania dotyczące klejów termoprzewodzących w procesie produkcyjnym

Kleje mogą obsługiwać szeroką gamę segmentów zastosowań i zapewniać właściwości użytkowe wymagane do zgodności produkcyjnej, wsparcia strukturalnego i ochrony. Na przykład kleje muszą mieć możliwość swobodnego płynięcia podczas produkcji, aby uniknąć tworzenia się pustych przestrzeni, a jednocześnie mieć krótkie czasy utwardzania, aby przyspieszyć cały proces. Kleje muszą również bezpiecznie przylegać do powierzchni i tworzyć silne wiązanie między radiatorami i komponentami na płytce drukowanej lub chipie a pakietem układów scalonych.

W rzeczywistości interfejs między chipem a stroną opakowania może być narażony na niektóre z najpoważniejszych naprężeń w zespole elektronicznym. Gdy dwa odmienne materiały są połączone ze sobą, zmiany ich współczynników rozszerzalności cieplnej (CTE) mogą powodować naprężenia i odkształcenia, które mogą osłabić lub nawet przerwać wiązanie. Nawet podczas normalnej pracy urządzenia mogą wystąpić wahania temperatury, które dodatkowo obciążają ten interfejs połączenia. Inżynierowie mogą dostosować się do niezgodności rozszerzalności cieplnej między matrycą a opakowaniem, stosując kleje o odpowiednim współczynniku rozszerzalności cieplnej, które minimalizują naprężenia, zapewniając jednocześnie odpowiednie wsparcie konstrukcyjne dla zespołu.

Wyzwania w dziedzinie klejów termicznych

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na lepsze zarządzanie temperaturą inżynierowie poszukują klejów, które skuteczniej rozpraszają ciepło z wrażliwych komponentów i kompletnych zespołów. Właściwości termiczne klejów są często określane w kategoriach przewodności cieplnej, która opisuje zdolność materiału do przenoszenia ciepła przez siebie. Z drugiej strony, zarządzanie temperaturą w projektowaniu elektrycznym polega bardziej na rozpraszaniu lub transporcie ciepła z chipa przez opakowanie lub z komponentu przez radiator.

Możliwości wymiany ciepła wewnętrznego, opisane kryteriami przewodnictwa cieplnego, to tylko część głównego celu inżyniera. Bardziej praktyczną właściwością w typowym montażu produktu jest odporność termiczna materiału. Łatwość, z jaką ciepło może przepływać przez interfejs między powierzchnią chipa (lub urządzenia) a materiałem połączenia, a ostatecznie przez kontakt między materiałem połączenia a opakowaniem, jest określana jako opór cieplny (lub radiator).

Grubość połączenia i rodzaj powierzchni, które spotykają się na styku połączenia, mogą utrudniać przenoszenie ciepła w każdym zespole produktu, niezależnie od tego, czy jest to chip przyklejony do opakowania, czy element przymocowany do radiatora. Zgodnie z równaniem Fouriera dla przewodzenia ciepła, szybkość przepływu ciepła przez ośrodek jest odwrotnie proporcjonalna do grubości ośrodka. Dlatego przy łączeniu materiałów producenci dążą do jak najmniejszych linii łączących. W rzeczywistości cienka linia wiązania jest lepsza niż duża, ponieważ nie tylko zmniejsza opór cieplny, ale także zmniejsza naprężenia w rogach linii wiązania. Ponadto wąska spoina klejowa powoduje mniejsze stężenie pustek powietrznych w porównaniu do grubej spoiny klejowej.

Konkluzja

Chodziło o kleje termoprzewodzące. Kleje termoprzewodzące od dawna odgrywają ważną rolę w produkcji elektroniki, a zgodnie z trendami w branży rośnie zapotrzebowanie na materiały przewodzące ciepło. Inżynierowie potrzebują materiałów, które mogą rozpraszać więcej ciepła z nowoczesnych urządzeń elektrycznych dla szybko rozwijających się branż, takich jak wysokiej klasy elektronika, oświetlenie LED i inne. Kleje termoprzewodzące nie tylko spełniają różnorodne potrzeby w zakresie zarządzania ciepłem w tym środowisku, ale także równie trudne wymagania dotyczące montażu produkcyjnego i wydłużone cykle życia produktu.

 

Często Zadawane Pytania

1. Jak mieszać i mierzyć klej termiczny? ?

Ważne jest, aby wymieszać wszystkie produkty przed ważeniem lub dawkowaniem. Najpierw spróbuj ostrożnie zważyć żywice i utwardzacze lub proszki i spoiwa do oddzielnych pojemników przed zmieszaniem. Przed użyciem należy dokładnie wymieszać obie części systemu klejącego.

Niewłaściwe ważenie lub mieszanie może spowodować, że materiały nie utwardzą się, zmiękną powierzchnię i pojawią się puste przestrzenie powietrzne oraz zmiękczenie w podwyższonej temperaturze.

2. Jak można skleić różne materiały?

Poprzez dobór kleju o współczynniku rozszerzalności cieplnej dostosowanym do łączonych materiałów. Jeśli to możliwe, wybierz elastyczną żywicę epoksydową. Staraj się usunąć brud, oleje i tłuszcze oraz mechanicznie zszorstkować powierzchnię przed klejeniem. Materiały powinny utwardzać się w temperaturze pokojowej przez 4-16 godzin.

3. Jak należy rozcieńczać kleje do aplikacji?

Większość producentów zaleca do rozcieńczania klejów dostępny w handlu środek rozcieńczający, ponieważ jest on stosunkowo łatwy w użyciu. Wszystkie etykiety z rozcieńczalnikiem kleju wskazują, ile rozcieńczalnika można użyć; dlatego należy postępować zgodnie z instrukcjami i środkami ostrożności.

4. Jak kontrolować kleje ceramiczne i ceramikę do odlewania?

Nadmiar aktywatora lub dodatkowa woda naniesiona na nieutwardzone mieszanki podczas stosowania materiałów ceramicznych może powodować pękanie i słabe odlewy, hermetyzację lub spoiny klejone. Sprawdź proporcje mieszania stosowane podczas mieszania składników. Ceramika odlewana osiąga maksymalną wytrzymałość po obróbce cieplnej.