Теплопроводные клеи - все, что вам нужно знать о теплопроводных клеях

Теплопроводящие клеи в основном используются для отвода тепла от силовой электроники. Они в основном используются для склеивания радиаторов. Например, теплопроводящие клеи в основном используются для уменьшения напряжения, чтобы предотвратить снижение производительности и выход из строя электронных компонентов.

Теплопроводящие клеи в основном используются для склеивания радиаторов, светодиодов и других электронных компонентов, выделяющих тепло. Большинство термоклеев приклеиваются как к металлам, так и к пластикам и обеспечивают постоянную физическую прочность.

Синтетические смолы с наполнителями из металлических и неорганических материалов используются для производства теплопроводных клеев. Металлические наполнители, такие как серебро или графит, обладают лучшими коэффициентами теплопроводности. Однако эти свойства делают клей электропроводным, что нежелательно в различных применениях. Чтобы добиться одновременно теплопроводности и электроизоляции, необходимо использовать клеи, армированные минеральными наполнителями.

Типы теплопроводных клеев

Мы различаем 3 типа теплопроводных клеев:

1. эпоксидные клеи
2. силиконовые клеи
3. полиуретановые клеи

1. Эпоксидный клей

Эпоксидные клеи изготавливаются из смеси двух компонентов, в первую очередь смолы и отвердителя. Когда смола смешивается с подходящим катализатором, начинается отверждение. Отверждение – это процесс, при котором молекулярные цепи реагируют с химически активными центрами, что приводит к экзотермической реакции. Также важно знать, что ковалентные связи, существующие между эпоксидными группами смолы и аминогруппами отвердителей, создаются двойной комбинацией сшивания полимера.

Некоторое изменение свойств механической прочности происходит за счет регулирования условий отверждения в зависимости от температуры и выбора смолы и отвердителя. Эпоксидные клеи в основном используются в виде однокомпонентных или двухкомпонентных систем. Однокомпонентные эпоксидные клеи могут отверждаться при температуре около 120-150°С. Эти условия приводят к более высокой прочности, а также отличной адгезии к металлам, что приводит к жесткой химической стойкости.

2. Силиконовый клей

Силиконовый клей представляет собой универсальный водостойкий полимер, основным компонентом которого является диоксид кремния, в основном содержащийся в кварце. Термин силикон в первую очередь относится к группе полимеров, которые имеют силоксановую связь с органическими соединениями. Производство силиконовых клеев в основном начинается с выделения кремния из кремнезема. Особые свойства кремния делают его очень стойким. Кроме того, эластичность и другие свойства кремнезема остаются неизменными при любой температуре. Силиконовые клеи в основном используются для склеивания металлов из-за их гибкости и свойств, а также их способности склеивать разнородные подложки.

Силиконовые клеи в основном производятся путем выделения кремнезема из кремния. Диоксид кремния обычно содержится в чистом виде в некоторых минералах. Силиконовые клеи и герметики в основном изготавливаются из полимеризованного силикона. Когда силикон не отвержден, он образует очень липкий гель, а также жидкость. Он вполне безопасен в использовании и используется во множестве приложений, которые в основном нетоксичны. Существуют различные типы силиконовых клеев, такие как: B. Высокотемпературные силиконовые клеи, вулканизирующиеся силиконовые клеи при комнатной температуре (RTV), клеи из силиконового каучука и т. д.

3. Полиуретановый клей

Полиуретановые клеи представляют собой в первую очередь термопластичные клеи или полимеры, содержащие копии органических звеньев цепи, соединенных в основном уретановыми звеньями. Химическая реакция между полимерами приводит к образованию клея. Как правило, полиуретановые клеи в основном коричневого или прозрачного цвета. Пигменты, такие как зеленый или красный цвет, могут быть добавлены в основном для целей нанесения, таких как распыление, что делает их видимыми в областях нанесения. Они используются в строительстве, производстве мебели, ламинировании, напольных и кровельных покрытиях, аэрокосмической и холодильной технике. Полиуретановые клеи в основном доступны в виде двухкомпонентного клея или однокомпонентного клея. Двухкомпонентный клей обычно затвердевает намного быстрее, чем однокомпонентный вариант, и занимает около 2 минут, в зависимости от требований. Полиуретановые клеи — это герметики, способные отверждаться даже в таких сложных условиях, как жара и влажность. Кроме того, полиуретановые клеи также подходят для различных материалов, таких как металл, дерево, бетон, резина, эпоксидная смола и стекло. Также важно знать, что полиуретановые клеи достаточно водонепроницаемы; однако водостойкость обычно зависит от состава. Кроме того, полиуретановые клеи безвредны для окружающей среды, поскольку не содержат растворителей и имеют очень низкое значение летучих органических соединений. Кроме того, они безопасны для пищевых продуктов.

Полиуретановые клеи или полиуретановые клеи очень универсальны и обладают лучшими свойствами. Они также модифицированы для обеспечения пользовательских формул, которые могут быть разработаны на основе конкретных приложений. Это включает в себя возможность изменения физических свойств, таких как вязкость, и характеристик применения, таких как жизнеспособность. Полиуретановые клеи можно разделить на две основные категории: однокомпонентные или «частичные» и двухкомпонентные или двухкомпонентные системы с лучшими преимуществами и недостатками каждой из них.

Химическая реакция между изоцианатом и полиолом служит основой для всех полиуретановых герметиков и клеев. Для систем 2K изоцианат и полиол производятся и поставляются отдельно. Чтобы инициировать химическую реакцию и должным образом сшить систему, два компонента необходимо смешать непосредственно перед использованием. Для этого необходимо обеспечить точное соотношение компонентов и достаточное смешивание для достижения требуемых свойств полиуретанового клея.

В отличие от этого, однокомпонентные системы при производстве полиуретановых клеев в основном производятся с полиолом, который вступает в реакцию с избытком изоцианата, так что цепь полиола может обрываться изоцианатной группой. Соотношение изоцианата и полиола определяет длину цепи концевого полиуретанового полимера. Следует также отметить, что этот полиуретановый форполимер является наиболее важным реактивным компонентом для однокомпонентных клеевых систем.

Для завершения реакции однокомпонентная система должна взаимодействовать с водой для полного сшивания. Также важно понимать, что в системе 1K должна быть вода, чтобы она могла сшиваться, и что вода может быть атмосферной влагой.

Применение теплопроводных клеев

Теплопроводящие клеи в основном используются для герметизации, нанесения покрытий и других герметизирующих применений. Некоторые из конкретных применений

а. Склеивание для рассеивания тепла

Некоторые компоненты теплопроводных эпоксидных и силиконовых компаундов в основном используются для приклеивания радиаторов к электронным компонентам и печатным платам для отвода тепла. Они в первую очередь предназначены для предотвращения перегрева и преждевременного выхода компонентов из строя. Термопаста используется в компьютерах, светодиодах, лазерах, электромобилях, холодильниках, игровых системах и сотовых телефонах.

б. Заливка/герметизация датчиков

Теплопроводящие клеи также используются для заливки и герметизации датчиков. Они используются в первую очередь потому, что могут быть прочно связаны с различными материалами, а также обеспечивают защиту от различных химических веществ. Использование теплопроводных клеев для заливки и герметизации придает составам дополнительную защиту от влаги и различных видов агрессивных веществ. Использование теплопроводных клеев в заливке также обеспечивает более высокий уровень защиты от любого типа влаги, а также от коррозионных агентов, таких как вибрация, удары, накопление тепла и многое другое. Однако некоторые эпоксидные смолы могут быть несколько жесткими; однако они разработаны более гибкими, что обеспечивает легкое восстановление.

в. чип весы пакет

Технологии упаковки в масштабе чипа в основном используются для электронных продуктов, и их популярность высока из-за растущего спроса на компактные и портативные электронные системы. Теплопроводящие клеи широко используются для изготовления корпусов микросхем по мере роста спроса на портативную электронику.

то есть силовые полупроводники

Теплопроводность, конвекция и излучение — три основных способа отвода тепла от электронного устройства. Теплопроводность переносит большую часть тепла от источника тепла в ядре устройства через полупроводниковую подложку, выводную рамку, к которой прикреплена микросхема, и формовочный материал, который герметизирует устройство, на внешнюю поверхность упакованного полупроводникового устройства. На этом этапе тепло может передаваться за счет теплопроводности через любое твердое вещество, с которым соприкасается устройство, например через теплоноситель. B. с помощью печатной платы или внешнего радиатора.

Значения теплового сопротивления для корпусированных устройств предоставляются производителями полупроводников в качестве помощи при проектировании для оценки их мощности. Это значение, обычно выражаемое как тепловое сопротивление переход-окружающая среда, используется для расчета мощности, которая может быть безопасно рассеяна внутри устройства без превышения заданной максимальной температуры перехода (Tj).

По этой причине большинство силовых полупроводников снабжены теплопроводящими клеями.

Сравнение теплопроводного клея и теплопроводной смазки

Прежде чем объяснить разницу между теплопроводным клеем и теплопроводной смазкой, давайте объясним, что такое теплопроводная смазка.

Термопаста, также известная как термопаста или термопаста, представляет собой вещество, используемое для улучшения теплопередачи между двумя поверхностями, обычно между микропроцессором и радиатором. Большинство микропроцессоров не имеют полностью плоской верхней части. Некоторые из них содержат крошечные канавки, а другие имеют небольшую выпуклость, создающую воздушные зазоры между процессором и радиатором, которые снижают эффективность охлаждения радиатора. На верхнюю часть процессора и нижнюю часть радиатора наносится небольшой слой термопасты для заполнения воздушных пространств.

Теперь давайте разберемся в некоторых свойствах термоклея.

Поскольку термопаста является электроизоляционной и теплопроводной, ее можно использовать практически в любых электронных приложениях, где требуется соединение между компонентами управления тепловым режимом. Однако эти свойства требуют определенного химического состава. Термопаста и большинство терморазъемов состоят из двух основных компонентов:

— Матрица — это полимерная основа, которая обычно используется.

— Металлический наполнитель, жидкий или микронизированный

Тепло- и электропроводность смазки определяется соотношением между этими двумя компонентами. Каждая смесь жиров имеет свои преимущества и эффекты, которые зависят от пропорции.

Теперь давайте разберемся во взаимосвязи между термоклеями и термопастой.

Термопаста также может вести себя как клей в зависимости от химического состава полимера жидкой матрицы. Из-за ее адгезионных свойств некоторые производители называют термопасту «термоклеем». Термические клеи бывают различных форм и размеров, включая жесткую ленту, которая обеспечивает быстрое приклеивание в условиях низкой теплопроводности. Эти клеи также могут быть типичными клеями, которые наносятся в жидкой форме и после отверждения обладают липкими свойствами.

Теперь давайте разберемся с некоторыми преимуществами использования теплопроводного клея.

Преимущества теплопроводного клея

• Высокая прочность и хорошая адгезия к различным материалам подложки
• Устойчивость к очень высоким и низким температурам, позволяющая компенсировать различные типы расширения и сжатия между различными субстратами.
• Более высокая стойкость к любым химическим веществам, воде и влаге
• Кроме того, низкое газовыделение достигается за счет использования теплопроводных клеев, сводящих к минимуму риск повреждения чувствительных схем.
• Кроме того, теплопроводный клей не вызывает коррозии и, следовательно, экологически безопасен.
• Теплопроводящие клеи устойчивы к тепловому удару, ударам и вибрации.
• Теплопроводящие клеи также способны выдерживать более высокие уровни процессов оплавления припоя.
• Кроме того, теплопроводные клеи в большей степени соответствуют требованиям RoHS и REACH.

Способы нанесения теплопроводного клея

В настоящее время для крепления используются теплопроводящие клеи в виде лент или жидкостей, а также непроводящие клеи. К первым относятся силиконы, эпоксидные смолы и акрилаты, а ко вторым — теплопроводящие прокладки или смазки. В сочетании с прокладками можно использовать клеи или механические застежки. Некоторые подушечки поставляются с чувствительными к давлению клеями для облегчения сборки, а другие крепятся с помощью зажимов. Теплопроводящие смазки, как и некоторые колодки, необходимо использовать с металлическими зажимами. Кронштейны, которые обычно изготавливаются из нержавеющей стали, обеспечивают простоту крепления и устойчивы даже к самым сильным ударам и вибрации. Микропроцессоры являются наиболее типичным приложением. Полиимидные или полиэфирные пленки и акриловые клеи, чувствительные к давлению, используются для изготовления теплопроводных клейких лент.

Подобно клейкой ленте, эпоксидные клеи могут обеспечить превосходную тепло- и электрическую изоляцию, что делает их отличными теплоотводами для транзисторов, компонентов, корпусов и печатных плат. Примером является стеклоткань, пропитанная эпоксидной смолой. Как и клейкие ленты, заготовки из эпоксидной смолы часто наносятся вручную. Несмотря на простоту установки, они требуют ручного позиционирования оператором. Таким образом, удобный для оператора процесс может быть достигнут за счет общей производительности продукта. Клеевые пасты на основе эпоксидной смолы следует изучить, поскольку они позволяют автоматизировать массовое производство. Они являются наиболее часто используемым веществом для склеивания компонентов. В то время как трафаретная печать широко используется, высокотемпературные диэлектрические эпоксидные покрытия предпочтительны для использования при высоких температурах.

Требования к теплопроводным клеям в производственном процессе

Клеи могут поддерживать широкий спектр сегментов приложений и обеспечивать рабочие характеристики, необходимые для совместимости с производством, структурной поддержки и защиты. Клеи, например, должны иметь возможность свободно течь во время производства, чтобы избежать образования пустот, и в то же время иметь короткое время отверждения для ускорения всего процесса. Клеи также должны надежно прилипать к поверхностям и создавать прочную связь между радиаторами и компонентами на печатной плате или микросхеме и корпусе интегральной схемы.

На самом деле, интерфейс между чипом и корпусом может подвергаться самым сильным нагрузкам в электронной сборке. Когда два разнородных материала соединяются вместе, различия в их коэффициентах теплового расширения (КТР) могут вызвать напряжение и деформацию, которые могут ослабить или даже разрушить соединение. Даже при обычной работе устройства могут возникать перепады температуры, которые создают дополнительную нагрузку на этот интерфейс подключения. Инженеры могут компенсировать несоответствие температурного расширения между матрицей и корпусом, используя клеи с правильным коэффициентом теплового расширения, которые минимизируют напряжение, обеспечивая при этом адекватную структурную поддержку сборки.

Проблемы в области термоклеев

По мере того, как потребность в лучшем управлении температурой растет, инженеры ищут клеи, которые более эффективно рассеивают тепло от чувствительных компонентов и полных узлов. Тепловые свойства клеев часто определяются с точки зрения теплопроводности, которая описывает способность материала переносить тепло через себя. С другой стороны, управление температурой в электрическом проектировании больше связано с рассеиванием или передачей тепла от микросхемы через корпус или от компонента через радиатор.

Возможности внутреннего теплообмена, описываемые критериями теплопроводности, являются лишь частью основной задачи инженера. Более практичным свойством типичной сборки продукта является тепловое сопротивление материала. Легкость, с которой тепло может течь через поверхность раздела между поверхностью чипа (или устройства) и материалом межсоединения и, в конечном счете, через контакт между материалом межсоединения и корпусом, называется тепловым сопротивлением (или теплоотводом).

Толщина соединения и тип поверхностей, которые встречаются на границе соединения, могут препятствовать передаче тепла в любой сборке продукта, будь то чип, прикрепленный к корпусу, или компонент, прикрепленный к радиатору. Согласно уравнению Фурье для теплопроводности скорость теплового потока через среду обратно пропорциональна толщине среды. Поэтому при соединении материалов производители стремятся к как можно меньшим соединительным линиям. На самом деле тонкая линия склеивания предпочтительнее широкой, поскольку она не только снижает термическое сопротивление, но и уменьшает напряжения в углах линии склеивания. Кроме того, узкий клеевой шов приводит к меньшей концентрации воздушных пустот по сравнению с толстым клеевым швом.

Заключение

Все дело было в теплопроводных клеях. Теплопроводящие клеи уже давно играют важную роль в производстве электроники, и в соответствии с отраслевыми тенденциями спрос на теплопроводные материалы растет. Инженерам нужны материалы, которые могут рассеивать больше тепла от современных электрических устройств для быстрорастущих отраслей, таких как высокотехнологичная электроника, светодиодное освещение и многое другое. Теплопроводящие клеи не только удовлетворяют различные потребности в регулировании температуры в этой среде, но также в равной степени предъявляют высокие требования к производственной сборке и продлевают жизненный цикл продукта.

 

Häufig gestellte Fragen

1. Как смешивать и отмерять термоклей? ?

Важно перемешать все продукты перед взвешиванием или дозированием. Во-первых, попробуйте тщательно взвесить смолы и отвердители или порошки и связующие вещества в отдельных контейнерах перед смешиванием. Постарайтесь тщательно смешать обе части клеевой системы перед использованием.

Неправильное взвешивание или смешивание могут привести к тому, что материалы не затвердеют, размягчится поверхность и появятся воздушные пустоты, а также размягчится при повышенной температуре.

2. Как можно склеить разнородные материалы?

Путем выбора клея с коэффициентом теплового расширения, соответствующим склеиваемым материалам. Если возможно, выберите гибкую эпоксидную смолу. Постарайтесь удалить грязь, масла и жир и механически придайте поверхности шероховатость перед склеиванием. Материалы должны отверждаться при комнатной температуре в течение 4-16 часов.

3. Как следует разбавлять клей для нанесения?

Большинство производителей рекомендуют имеющиеся в продаже разбавители для разбавления клеев, потому что они относительно просты в использовании. На всех клейких этикетках разбавителя указано, сколько разбавителя можно использовать; поэтому вы должны следовать инструкциям и мерам предосторожности соответственно.

4. Как контролировать керамические клеи и литейную керамику?

Избыток активатора или дополнительная вода, нанесенная на незатвердевшие смеси при использовании керамических материалов, может привести к растрескиванию и ослаблению отливок, герметизации или клеевым соединениям. Проверьте соотношение смешивания, используемое при смешивании компонентов. Литейная керамика достигает максимальной прочности после термической обработки.