Dozowanie materiałów termoprzewodzących

Znaczenie grubości warstwy materiału termoprzewodzącego 

Pod dużym powiększeniem wyraźnie widać, iż powierzchnie urządzeń generujących ciepło i radiatorów nigdy nie pasują do siebie w 100-procentach, ponieważ ich powierzchnie nie są idealnie płaskie. Obszary kontaktu fizycznego są niewielkie i powstaje dodatkowo wiele luk między radiatorem a źródłem ciepła, w których uwięzione jest powietrze - takie przestrzenie powietrza działają jak izolacja, uniemożliwiając wydajne przenoszenie ciepła. Aby ułatwić przenoszenie ciepła i uniknąć tego problemu, pomiędzy powierzchniami stosuje się materiały termoprzewodzące z wypełniaczami, zapewniające lepszą przewodność cieplną niż powietrze.

Warstwa wiązania (ang. bond line) opisuje obszar, w którym materiał termoprzewodzący styka się z dwiema powierzchniami, znajdując się pomiędzy nimi. Z reguły podstawową cechą spoiny jest jej grubość. Ogólnie rzecz biorąc, cieńsza warstwa wiązania zmniejsza odległość, jaką musi pokonać ciepło, aby mogło być odprowadzone ze źródła ciepła. Dlatego też, aby zminimalizować opór cieplny, preferuje się cienkie linie wiązania.

Materiały wypełniające

Przewodność cieplna jest wyrażona w W/mK. Polimery bez wypełniacza mają przewodność cieplną około 0,1 W/mK, natomiast materiały wypełniające zapewniają przewodność cieplną w zakresie 1-1.000 W/mK. Nieorganiczne wypełniacze cząstek obejmują glin, tlenki (np. tlenek magnezu), azotek glinu, azotek boru i proszek diamentowy. Wypełniacze metalowe, zwłaszcza srebro, są również stosowane w celu zwiększenia przewodności cieplnej. Przewodność cieplna polimerów z wypełniaczami zazwyczaj mieści się w zakresie 1-10 W/mK. 

Istotne zagadnienia procesowe

Ile materiału termoprzewodzącego potrzeba?

W skrócie można powiedzieć, iż należy użyć tyle materiału, aby pokryć element - lub obszar wiązania - warstwą wiązania, która zapewnia odpowiednią przyczepność i wydajność po ściśnięciu materiału. Ilość materiału do dozowania to następująca kalkulacja:

Objętość materiału = końcowa grubość linii wiązania x powierzchnia wiązania

Należy jednak wziąć pod uwagę dodatkowe czynniki zewnętrzne, takie jak różnice lepkości, skład materiału podłoża i tolerancje mechaniczne, które mogą wpływać na ostateczną grubość warstwy wiązania. Aby skompensować te czynniki, należy obliczyć objętość dozowanego materiału, korzystając z górnego limitu tolerancji dla swojej aplikacji. Przyjmując w obliczeniach najgrubszą dopuszczalną w granicach tolerancji warstwę wiązania, zapewnia się wystarczającą ilość materiału, niezależnie od tego, czy część znajduje się na dolnym czy górnym końcu zakresu tolerancji mechanicznej.

Obliczając objętość, należy wziąć pod uwagę:

• Wymiary elementu wytwarzającego ciepło

• Wymagane pokrycie obszaru wiązania

• Górna granica tolerancji aplikacji

• Pożądaną końcową grubość warstwy wiązania po ściśnięciu materiału

Wskazówka: Jeśli tolerancja mechaniczna skutkuje warstwą wiązania o najniższej dopuszczalnej grubości w zakresie, należy dokładnie przetestować wiązanie, aby dowiedzieć się, czy może zawieść i czy ma to wpływ na wydajność całości. W razie potrzeby należy dostosować grubość warstwy wiązania.

Wybór wzoru dozowania

Geometria wzoru dozowania ma znaczący wpływ na wydajność procesu. Należy dobrać wzór dozowania, który równoważy:

• Szybkość dozowania

• Siłę, wymaganą do uzyskania pożądanej grubości warstwy wiązania

• Zużycie materiału

• Możliwości i zużycie sprzętu dozującego

Na przykład, jeśli dozowanie odbywa się na część, która ma niską tolerancję na naprężenia mechaniczne, można wybrać bardziej złożony wzór spiralny, którego dozowanie zajmuje co prawda więcej czasu, jednak zapewni lepszą jakość. 

Żródło: The Essential Guide to Large-Volume TIM Dispensing © Nordson

Zdjęcie tytułowe: © Scanditron