Gap fillery dozowane czy podkładki?

Jednymi z popularniejszych, ze względu na liczne zalety, są materiały typu gap filler. Wykorzystujemy je, aby wypełnić szczeliny powietrzne wynikające z różnic wysokości pomiędzy komponentami oraz nierówności powierzchni, a także zmniejszyć rezystancję termiczną między elementami elektronicznymi a radiatorem czy obudową. Stosowane są także po to, aby poprawić efektywność chłodzenia, zwiększyć niezawodność pracy urządzenia oraz polepszyć odporność na drgania i wstrząsy.

Z uwagi na to znajdują one szerokie zastosowania w sektorze motoryzacyjnym, w jednostkach sterujących, serwomotorach, półprzewodnikach modułach dużej mocy, ale również w akumulatorach samochodów elektrycznych. Bardzo często są też używane w sektorze przemysłowym i IT, m.in. w notebookach, komputerach przemysłowych, serwerach, kartach graficznych, zasilaczach impulsowych, falownikach oraz w urządzeniach medycznych i elektronice użytkowej.

Gap fillery to najczęściej elastomery silikonowe, z wypełniaczami ceramicznymi na bazie tlenku glinu, tlenku cynku lub azotku boru. Produkuje się również wersje o bardzo małej zawartości lotnych siloksanów (low volatile LV). W niektórych zastosowaniach, gdzie zabronione jest wykorzystywanie silikonów, stosuje się materiały na bazie akrylu, elastomerów termoplastycznych, np. TPE.

Wydaje się, że najpopularniejsze są gap fillery w formie podkładek, gdyż bardzo dobrze dopasowują się do nierównych i szorstkich powierzchni, do prawidłowego działania wymagają niewielkiej siły docisku przy montażu. Gwarantują ponadto powtarzalność oraz łatwy i szybki montaż, łatwy demontaż i serwisowanie.

Nie pozostawiają resztek materiału i są odpowiednie dla małej i średniej produkcji bez inwestycji w narzędzia oraz mogą być bardzo długo przechowywane (rys. 1).

 

Rys. 1. Zależność rezystancji termicznej podkładki TGF-WSS-SI (5,5 W/mK) od siły nacisku

W ofercie firmy BLelektronik dostępne są produkty firmy HALA Contec serii TGF. W zależności od wymagań są to materiały o twardości Shore'a od 5 do 70, przewodnictwie cieplnym do 15 W/ mK (w przypadku produktów z zawartością grafitu aż do 50 W/mK) i grubości w zakresie od 0,5 do 10 mm. Zapewniają one izolację elektryczną wytrzymującą nawet do 15 kV/mm. Można je stosować w bardzo szerokim zakresie temperatur od –60 do +200ºC.

Trzeba pamiętać, że istnieją aplikacje, gdzie możemy wykorzystywać jedynie gap fillery bezsilikonowe. Tak jest w przypadku powierzchni wrażliwych na wydzielane z silikonów substancje lotne, takich jak niektóre elementy malowane farbami wrażliwymi na silikosany, oraz gdy istnieje ryzyko zaparowania i osadów na stykach przełączników, przekaźników i otwartych styków. Powodem potencjalnych problemów jest zawarty w silikonach krzem, który może zostać przekształcony w izolujący dwutlenek krzemu, a to może zwiększać opór elektryczny (rys. 2, 3).

 

Rys. 2. Przykład użycia gap fillera w formie podkładki

 

Rys. 3. Podkładki wycięte w formie "kiss cut"

Gap fillery sprzedawane są zazwyczaj w formie arkuszy wymiarach (od 200× 400 mm aż do 480×460 mm) lub podkładek o dowolnym kształcie, wycięte w wersji "kiss cut" lub "die cut". Przy wycinanych elementach kluczowa jest minimalizacja odpadów, aby obniżyć koszty materiałów. Wybrane materiały mogą być wzmocnione włóknem szklanym lub jednostronnie pokryte klejem.

Gap fillery dozowane

Poza opisanymi powyżej podkładkami coraz większą popularność zyskują dwuskładnikowe dozowane materiały termoprzewodzące (rys. 4).

 

Rys. 4. Aplikacja materiałów dozowanych

Ich podstawowe zalety to doskonałe wypełnienie przestrzeni, minimalizacja rezystancji termicznej przy braku docisku, utwardzanie w miejscu nałożenia oraz minimalna zawartość substancji lotnych (LV) 0 ≈ 10 ppm. Liczy się też brak uszkodzeń powierzchni malowanych i farby (Paint-Wetting Impairment Substances – PWIS), elastyczność, dzięki czemu nie wywołują naprężeń w elementach elektronicznych i tłumienie wstrząsów i wibracji. Cechą tego typu materiałów jest ponadto duża tolerancja na niedokładność wykonania łączonych elementów mechanicznych, wypełnienie bez konieczności docisku minimalizuje grubość styku, co w konsekwencji zmniejsza ilość użytego materiału i obniża koszty, dowolna grubość i kształt finalnego elementu i łatwość napraw.

Szczególną cechą dozowanych gap fillerów jest minimalna rezystancja termiczna styku < 0,1ºC–inch²/W, co pozwala na wykorzystanie materiałów o nieco gorszym przewodnictwie cieplnym 2≈4,5 W/mK. Nie wymagają one docisku, tak więc zapewniają stabilną i łatwą do określenia rezystancję termiczną (rys. 5).

 

Rys. 5. Porównanie wpływu rezystancji styku dla podkładek i materiałów dozowanych

Należy zaznaczyć, że dwuskładnikowe dozowane materiały termoprzewodzące są odpowiednie dla średniej i masowej produkcji. Standardowo nie gwarantują one izolacji elektrycznej, a więc wymagana jest dodatkowa warstwa dielektryczna (kulki szkła, folia izolująca). Ich trwałość jest ograniczona i nie należy ich przechowywać dłużej niż 6 miesięcy.

W zależności od wielkości produkcji są one dostarczane w różnych opakowaniach takich jak: podwójne kartusze 50 ml (2×25 ml), zestawy dwóch wkładów SEMCO (2×100 lub 2×600 ml), zestaw 2×25 kg lub 2×35 kg Hobbock. Przy beczkach 25 kg zaleca się użycie do 60 dni od daty produkcji lub po dacie ostatniego odświeżenia. Dozowanie płynnych gap fillerów Stosowanie gap fillerów przy masowej i średniej skali produkcji wymaga specjalistycznych maszyn dozujących, a często całych systemów. Dobór maszyny zależy od rodzaju materiału dozowanego, opakowania, wielkości pojedynczych dawek, skali i częstotliwości produkcji. Katalizator jest wrażliwy na pewne związki chemiczne (S, N, P), które mogą zatrzymać proces utwardzania, użyte materiały (uszczelnienia, przewody) w maszynie muszą być neutralne. Elementy maszyny najbardziej narażone na ścieranie (tłoki) muszą być wykonane z bardzo twardych, odpornych na ściernie materiałów. Płynne gap fillery HALA serii TDG są dozowane przez maszyny firm BD Tronic, Dopag, Nordson, Scheugenpflug, Viscotec.

Na pytanie, co lepiej zastosować, podkładki czy dozowane gap fillery, nie ma prostej odpowiedzi. Podkładki są bardzo dobrym rozwiązaniem ze względu na szybki i niewymagający nakładów inwestycyjnych sposób na poprawę chłodzenia układów elektronicznych. Wydaje się jednak, że postępująca automatyzacja procesów produkcyjnych oraz dużo wyższa sprawność chłodzenia i ograniczenie kosztów jednostkowych przy wersjach dozowanych spowodują, że aplikacje z ich użyciem będą coraz częściej wybierane przez elektroników.

BLelektronik
tel. 12 357 63 78
www.blelektronik.com.pl