Rosnące temperatury robocze oraz miniaturyzacja urządzeń elektronicznych sprawiają, że zarządzanie temperaturą staje się jednym z kluczowych wyzwań we współczesnym projektowaniu w sektorze elektronicznym i nie tylko.
Płytki drukowane, falowniki, zasilacze, moduły motoryzacyjne oraz systemy elektroniki mocy pracują obecnie w coraz trudniejszych warunkach, w których ciepło może bezpośrednio wpływać na niezawodność, wydajność i żywotność systemu. Gdy przenoszenie ciepła nie jest zoptymalizowane, ryzyko nie ogranicza się jedynie do natychmiastowego przegrzania elementu. Z czasem mogą wystąpić następujące zjawiska:
- przedwczesna degradacja;
- niestabilność działania;
- utrata wydajności;
- awarie spowodowane ciągłym obciążeniem termicznym.
Rola silikonów w zarządzaniu temperaturą
Silikony stosowane w zarządzaniu temperaturą służą przede wszystkim do poprawy odprowadzania ciepła między elementami elektronicznymi a powierzchniami odprowadzającymi ciepło, takimi jak radiatory lub metalowe obudowy.
Powietrze jest bowiem słabym przewodnikiem ciepła i stanowi jedną z głównych przeszkód w przenoszeniu ciepła. Zastosowanie materiałów silikonowych przewodzących ciepło pozwala na wyeliminowanie tych szczelin powietrznych, tworząc bardziej wydajną ścieżkę termiczną.
Jakie preparaty silikonowe stosuje się w zarządzaniu temperaturą w elektronice?
W sektorze elektronicznym silikony są opracowywane w różnych preparatach w zależności od wymaganego zastosowania:
- Pasty silikonowe przewodzące ciepło;
- Wypełniacze szczelin
- Kleje silikonowe typu RTV
- Podkładki nadające się do nadruku;
- żywice silikonowe.
Wszystkie te preparaty spełniają różne wymagania w zakresie odprowadzania ciepła, wibracji, ochrony środowiska oraz montażu.
Wśród najczęściej stosowanych technologii w zarządzaniu temperaturą znajdują się rozwiązania Dowsil™, opracowane z myślą o zastosowaniach obejmujących szeroki zakres – od elektroniki użytkowej po motoryzację, telekomunikację, oświetlenie LED oświetlenie, fotowoltaikę oraz elektronikę przemysłową.
Silikonowe pasty termoprzewodzące
Silikonowe pasty termoprzewodzące stanowią jedną z najczęściej stosowanych technologii w zarządzaniu temperaturą elementów elektronicznych.
Materiały te są zazwyczaj opracowywane jako jednoskładnikowe nieutwardzalne systemy przeznaczone do nakładania pomiędzy elementem a radiatorem. Ich główną funkcją jest wyeliminowanie powietrza znajdującego się między powierzchniami, co poprawia przenoszenie ciepła.
Silikonowe pasty termoprzewodzące są stosowane przede wszystkim w wąskich szczelinach, gdzie mogą łatwo dostosować się do nierówności powierzchni, zapewniając skuteczny kontakt termiczny . W branży elektronicznej znajdują zastosowanie w:
- chłodzeniu procesorów (MPU);
- modułach mocy;
- montażu płytek drukowanych (PCB);
- serwerach;
- laptopach;
- zasilaczach;
- systemach motoryzacyjnych.
| Produkt | Opis | Temperatura pracy (°C) | Lepkość w 23°C (mPa·s) | Kolor | Przewodność cieplna (W/m·K) | Opór cieplny przy 40 psi (°C·cm²/W) | Wytrzymałość dielektryczna (kV/mm) |
| DOWSIL™ TC-5622 | Przeznaczony do zapewnienia efektywnego przekazywania ciepła podczas chłodzenia modułów, w tym jednostek MPU stosowanych w komputerach i modułach mocy. | od -50°C do 177°C | 95,000 | Szary | 4.3 | 0.06 | Nie określono |
| DOWSIL™ TC-5351 | Odpowiedni do stosowania jako materiał termoprzewodzący w elektronice mocy. | od -50°C do 177°C | 300,000 | Szary | 3.3 | 0.25 | 6.3 |
| DOWSIL™ TC-5629 | Rozwiązanie o wysokiej przewodności cieplnej do oświetlenia LED i innych zastosowań elektronicznych. | Nie określono | 295,000 | Szary | 3.2 | Nie dotyczy | 6.3 |
| DOWSIL™ SC-4476 | Zapewnia efektywne przekazywanie ciepła podczas chłodzenia zespołów PCB. | Nie określono | 310,000 | Szary | 3.1 | Nie dotyczy | 25 |
| DOWSIL™ TC-5026 | Przeznaczony do zapewnienia efektywnego przekazywania ciepła podczas chłodzenia jednostek MPU stosowanych w serwerach, komputerach stacjonarnych, notebookach i konsolach do gier. | Nie określono | 100,000 | Szary | 2.9 | 0.03 | 8.9 |
| DOWSIL™ TC-5121 CLV | Przeznaczony do zapewnienia efektywnego przekazywania ciepła podczas chłodzenia jednostek MPU stosowanych w serwerach, komputerach stacjonarnych i notebookach. | od -50°C do 177°C | 79,000 | Szary | 2.8 | 0.09 | 1.9 |
| DOWSIL™ SE 4490 CV | Przeznaczony do zapewnienia efektywnego przekazywania ciepła podczas chłodzenia samochodowych modułów sterujących, zasilaczy i układów scalonych sterujących wyświetlaczami. | od -50°C do 177°C | 520,000 | Biały | 1.9 | 0.77 | 4 |
| DOWSIL™ TC-5080 | Odpowiedni do stosowania jako materiał interfejsu termicznego w zasilaczach i komponentach mocy w sektorze transportowym. | od -50°C do 177°C | 836,000 | Biały | 1 | 0.2 | 8.7 |
| DOWSIL™ SC102 | Przeznaczony do chłodzenia modułów montowanych na płytkach PCB. | od -50°C do 177°C | 29,000 | Biały | 0.9 | 0.62 | 2 |
| DOWSIL™ 340 Heat Sink Compound | Przeznaczony do sprzęgania cieplnego urządzeń elektrycznych i zespołów PCB. | od -50°C do 177°C | 542,000 | Biały | 0.67 | 0.16 | 8 |
Silikonowe wypełniacze szczelin
Silikonowe wypełniacze szczelin są stosowane, gdy odległość między elementem a radiatorem przekracza 1 mm lub gdy układ elektroniczny jest narażony na silne wibracje i ciągłe cykle termiczne.
W odróżnieniu od tradycyjnych past termoprzewodzących materiały te są zazwyczaj dwuskładnikowe i utwardzają się po zmieszaniu. Chociaż nie są to kleje konstrukcyjne, zachowują one lepką powierzchnię, co z czasem poprawia stabilność materiału, zmniejszając ryzyko wypompowania (degradacji)
Technologia ta jest stosowana przede wszystkim w branży motoryzacyjnej, w zestawach akumulatorów, falownikach, modułach mocy i jednostkach sterujących, gdzie tolerancje wymiarowe i warunki pracy wymagają bardziej stabilnych i dopasowujących się materiałów.
| Produkt | Opis | Normy / dopuszczenia | Temperatura pracy (°C) | Lepkość w 23°C (mPa·s) | Kolor | Przewodność cieplna (W/m·K) | Twardość Shore’a | Czas utwardzania | Wytrzymałość dielektryczna (kV/mm) |
| DOWSIL™ TC-4525 CV | Silikon przeznaczony do przekazywania ciepła z komponentów zamontowanych na płytkach drukowanych do radiatora, zapewniający niezawodne chłodzenie modułów, takich jak sterowniki silnika i skrzyni biegów. | UL 94 V-0 | od -45°C do 150°C | 217,000 | Biały/niebieski | 2.5 | 40 Shore OO | 120 min przy 25°C; 20 min przy 50°C; 10 min przy 80°C | 12 |
| DOWSIL™ TC-4015 | Podkładki termoprzewodzące do mikroukładów i zasilaczy, które ułatwiają odprowadzanie ciepła, zapewniając niezawodne działanie i łatwy montaż. | UL 94 V-0 | od -45°C do 150°C | 180,000 | Biały/niebieski | 1.5 | 55 Shore OO | 150 min przy 25°C; 30 min przy 80°C | 15.8 |
| DOWSIL™ TC-4535 CV | Przeznaczony do przekazywania ciepła z zespołów PCB do radiatora, zapewniając niezawodne chłodzenie modułów, takich jak sterowniki silnika i skrzyni biegów. | UL 94 V-0 | od -45°C do 200°C | 205,000 | Biały/niebieski | 3.4 | 52 Shore OO | 120 min przy 25°C | 22 |
Żywice silikonowe przewodzące ciepło do hermetyzacji i zalewania
W wielu zastosowaniach elektronicznych samo odprowadzanie ciepła nie wystarcza.
Płytki PCB, falowniki, transformatory, czujniki i moduły elektroniczne często muszą pracować w środowiskach narażonych na wilgoć, zanieczyszczenia, szok termiczny oraz ciągłe wibracje. W takich przypadkach do hermetyzacji i klejenia stosuje się żywice silikonowe przewodzące ciepło.
Materiały te łączą w sobie zarządzanie ciepłem i ochronę środowiska, tworząc barierę ochronną wokół układów elektronicznych, przy jednoczesnym zachowaniu dobrych właściwości przewodzenia ciepła.
Żywice silikonowe znajdują zastosowanie przede wszystkim w branży motoryzacyjnej, elektronicznej oraz fotowoltaicznej, gdzie niezbędna jest długotrwała niezawodność i stabilność.
| Produkt | Opis | Normy / dopuszczenia | Temperatura pracy (°C) | Lepkość w 23°C (mPa·s) | Kolor | Przewodność cieplna (W/m·K) | Twardość Shore’a | Czas utwardzania | Wytrzymałość dielektryczna (kV/mm) |
| DOWSIL™ TC-6020 | Odpowiedni do przemysłowych modułów mocy oraz zarządzania ciepłem w samochodowych jednostkach sterujących. | UL94 V-0 i UL RTI 150°C | od -45°C do 200°C | 10,640 | Szary | 2.72 | 63A | 24 godz. przy 25°C; 13 min przy 80°C | 24.1 |
| DOWSIL™ TC-4605 | Materiał do enkapsulacji/żywica do elektroniki, zapewniający ochronę w różnych warunkach środowiskowych oraz zarządzanie ciepłem. | – | od -45°C do 200°C | 2,900 | Szary | 1 | 30A | 1 godz. przy 120°C | 21 |
| DOWSIL™ SE 4430 | Stosowany do chłodzenia modułów elektronicznych w zasilaczach. | – | od -45°C do 200°C | 6,700 | Szary | 0.96 | 70 OO | 7 godz. przy 25°C; 2 min przy 150°C | 18 |
| SYLGARD™ 164 | Odpowiedni jako uniwersalny materiał zalewowy do zasilaczy, złączy, czujników, przemysłowych układów sterowania, transformatorów i wzmacniaczy. | UL94 V-0 i UL RTI 150°C | od -45°C do 200°C | 9,100 | Szary | 0.64 | 61A | 40 min przy 25°C | 19 |
| DOWSIL™ CN-8760 | Przeznaczony do zastosowań fotowoltaicznych, falowników, jednostek zasilających i czujników. | UL94 V-0 | od -45°C do 200°C | 2,850 | Szary | 0.66 | 52A | 24 godz. przy 25°C; 40 min przy 50°C | 26 |
| SYLGARD™ 160 | Odpowiedni jako uniwersalny materiał zalewowy do zasilaczy, złączy, czujników, przemysłowych układów sterowania i transformatorów. | UL94 V-0 i UL RTI 150°C | od -45°C do 200°C | 4,865 | Szary | 0.62 | 56A | 24 godz. przy 25°C; 4 min przy 100°C | 19 |
| DOWSIL™ EE-3200 | Pomyślnie przetestowany w falownikach fotowoltaicznych, w których zapewnia wysoki poziom ochrony wrażliwych komponentów przed powtarzającymi się obciążeniami mechanicznymi i termicznymi, a także przed wilgocią i innymi trudnymi warunkami środowiskowymi. | UL94 V-0 i UL RTI 150°C; EN45545: R22 do R26 HL3 | od -45°C do 200°C | 1,700 | Szary | 0.5 | 20 OO | 3 godz. przy 25°C; 20 min przy 50°C | 14 |
| SYLGARD™ 170 | Odpowiedni do stosowania jako materiał do enkapsulacji lub materiał zalewowy. | UL94 V-0; specyfikacja MIL | od -45°C do 200°C | 2,135 | Szary | 0.48 | 47A | 24 godz. przy 25°C; 10 min przy 100°C | 18 |
Kleje silikonowe przewodzące ciepło
Kleje silikonowe przewodzące ciepło łączą w sobie odprowadzanie ciepła i połączenie mechaniczne w jednym rozwiązaniu. Materiały te są wykorzystywane do montażu radiatorów, podłoży elektronicznych, płyt drukowanych oraz elementów zasilających, przyczyniając się do poprawy zarówno przenoszenia ciepła, jak i niezawodności konstrukcyjnej systemu.
W branżach motoryzacyjnej i elektronicznej znajdują one szczególnie szerokie zastosowanie w modułach sterujących, zasilaczach, systemach telekomunikacyjnych oraz w zastosowaniach elektronicznych o dużej gęstości upakowania.
Niektóre systemy wykorzystują technologie silikonu RTV, podczas gdy inne zostały opracowane z myślą o procesach utwardzania termicznego, które umożliwiają szybsze i bardziej kontrolowane sieciowanie.
| Produkt | Opis | Normy / dopuszczenia | Temperatura pracy (°C) | Lepkość w 23°C (mPa·s) | Kolor | Przewodność cieplna (W/m·K) | Twardość Shore’a | Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) | Wydłużenie (%) |
| DOWSIL™ SE 4485 | Przeznaczony do chłodzenia modułów. | UL 94 V-0 | od -45°C do 200°C | Nie dotyczy | Biały | 2.8 | 90 Shore A | 3.4 | 20 |
| DOWSIL™ SE 4486 CV | Przeznaczony do chłodzenia modułów elektronicznych, w tym urządzeń gospodarstwa domowego. | – | od -45°C do 200°C | 196,00 | Biały | 1.6 | 81 Shore A | 3.9 | 43 |
| DOWSIL™ SE 4420 | Przeznaczony do chłodzenia modułów elektronicznych, w tym urządzeń telekomunikacyjnych i zasilaczy. Termoprzewodzący silikonowy klej RTV. | – | od -45°C do 200°C | 108,000 | Biały | 0.92 | 76 Shore A | 4.1 | 77 |
| DOWSIL™ EA 9189H | Klej RTV utwardzany w systemie alkoksy, stosowany do montażu modułów. | UL 94 V-0 | od -45°C do 200°C | Nie dotyczy | Biały | 0.88 | 80 Shore A | 3.9 | 32 |
| DOWSIL™ SE 9184 | Przeznaczony do zapewnienia przyczepności i przekazywania ciepła podczas chłodzenia różnych komponentów elektrycznych. | UL 94 V-0 | od -45°C do 200°C | Nie dotyczy | Biały | 0.84 | 74 Shore A | 3.2 | 60 |
Silikony do zarządzania temperaturą w nowoczesnej elektronice
W sektorze elektronicznym rozwiązania silikonowe do zarządzania temperaturą są opracowywane w różnych formułach w zależności od wymaganego zastosowania. Silikonowe pasty termoprzewodzące, wypełniacze szczelin, kleje silikonowe typu RTV oraz żywice silikonowe spełniają różne wymagania w zakresie odprowadzania ciepła, odporności na wibracje, ochrony środowiska i montażu.
Każda z tych technologii jest dostosowana do konkretnych warunków pracy oraz różnych typów komponentów elektronicznych, od płytek drukowanych i modułów mocy po falowniki, zasilacze i systemy motoryzacyjne.
Aby uzyskać więcej informacji, prosimy o kontakt z naszymi ekspertami w MD Poland.
