Les silicones thermoconducteurs éloignent la chaleur des composants sensibles tels que les unités centrales de traitement (les PROCESSEURS) sur les cartes de circuits imprimés (PCB). Ces élastomères peuvent être coupés à partir de feuilles, moulés en pièces ou appliqués comme pâtes. Bien que certains silicones thermoconducteurs soient utilisés au niveau des PCB, d’autres sont utilisés dans des boîtiers électroniques. Les applications comprennent les compartiments de batterie sur les véhicules électriques (VÉ), les effecteurs finaux sur les robots industriels et les systèmes d’éclairage pour l’éclairage et l’agriculture.
Elasto Proxy utilise la coupe au jet d’eau pour convertir les silicones thermoconductrices des matériaux en feuille en tampons thermiques, qui est un type de joint. Il n’y a pas d’outillage à payer ou à attendre, et cette méthode de coupe est idéale pour les volumes faibles à moyens. Dans le cadre de la valeur que nous offrons, Elasto Proxy peut vous fournir des tampons thermiques qui ont un support collé pour l’installation pelée et collée. Vous pouvez utiliser des pâtes thermiques au lieu de tampons, mais les pâtes sont salissantes et difficiles à appliquer avec la bonne épaisseur pour certaines applications.
Contactez-nous pour parler de votre application ou continuez à lire pour savoir comment fonctionnent les silicones thermoconductrices et comment il faut les utiliser. Nous allons commencer par une définition de base de la chaleur, puis examiner comment la chaleur se déplace et examiner les sources de chaleur et les dissipateurs de chaleur. Vous en apprendrez aussi davantage sur la conductivité thermique (CT) et comment elle est mesurée. De plus, vous allez comparer les tampons thermiques qui contiennent du tissu aux tampons thermiques non pris en charge qui ne le font pas. Les silicones sont connus pour leur résistance à la haute température, mais il y a beaucoup plus que cela.
Qu’est-ce que la chaleur et comment se comporte-t-elle ?
La chaleur est le flux d’énergie thermique. Il est responsable de la température dans un système, comme un PCB (processeur) rempli de composants électroniques ou un ensemble d’éclairage qui contient des diodes électroluminescentes (LED), des lampes fluorescentes compactes (LFC) ou des ampoules à décharge à haute intensité (HID). Une chaleur élevée peut endommager ces systèmes et les faire cesser de fonctionner ou mal fonctionner. Dans le cas des véhicules électriques, une chaleur excessive peut provoquer l’inflammation des batteries de VÉ.
Parce que c’est un flux d’énergie thermique, la chaleur ne reste pas immobile. Au lieu de cela, il se déplace entre des objets – qui ont des températures différentes. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur circule toujours d’un objet plus chaud vers un objet plus froid. Vu d’une autre manière, il est impossible que la chaleur s’écoule d’un objet plus frais vers un objet plus chaud. En mettant ce principe scientifique à l’œuvre, vous pouvez concevoir des solutions de gestion thermique qui éloignent la chaleur des objets sensibles.
Comment la chaleur se déplace-t-elle ?
La chaleur se déplace de trois manières différentes, par:
- La conduction qui repose sur un contact direct entre deux matériaux.
- La convection qui utilise un fluide tel que l’eau ou l’air pour déplacer la chaleur.
- Le rayonnement qui transfère la chaleur par des ondes électromagnétiques.
Les appareils électroménagers et les ustensiles de votre cuisine en sont quelques exemples. Disons que vous mettez une casserole remplie d’eau et de nouilles sur un poêle chaud. La conduction entre le brûleur et la casserole provoque le chauffage de la casserole. La convection entre l’eau (un liquide) et les nouilles fait cuire vos aliments. La convection se produit aussi lorsque vous mettez un steak au four. La chaleur des bobines se déplace dans l’air (un fluide) et fait cuire votre steak.
Le rayonnement, la troisième forme de transfert de chaleur, est aussi présente dans votre cuisine. Lorsque vous mettez un morceau de pizza froid dans un four à micro-ondes, les ondes électromagnétiques (c.-à-d. les micro-ondes) font cuire vos aliments. Pourtant, les fours qui utilisent le rayonnement ne sont pas seulement utilisés dans les cuisines. Dans l’ensemble de l’industrie électronique, les fours infrarouges (IR) sont utilisés pour durcir les adhésifs afin qu’ils acquièrent leurs propriétés d’utilisation finale. Ces fours IR utilisent des longueurs d’onde d’une partie différente du spectre électromagnétique, mais la méthode de transfert de chaleur est toujours le rayonnement.
Que sont les sources de chaleur et les dissipateurs de chaleur ?
Restons avec l’industrie électronique car elle fournit quelques exemples de sources de chaleur et de dissipateurs de chaleur, des termes que vous devez connaître pour comprendre les silicones thermoconductrices. Au niveau des PCB, les processeurs et autres puces produisent de la chaleur et, par conséquent, ce sont des sources de chaleur. Nous savons que si cette chaleur n’est pas dissipée, les circuits électroniques peuvent mal fonctionner ou tomber en panne. C’est pourquoi votre ordinateur de bureau dispose d’un ventilateur, mais la convection seule ne fournit pas tout le refroidissement nécessaire.
Un dissipateur de chaleur augmente le flux de chaleur loin de la source de chaleur et absorbe une partie de cette chaleur. Si vous ouvrez le boîtier de votre ordinateur de bureau et si vous regardez la carte mère (le PCB qui contient votre processeur), vous verrez probablement un objet métallique avec des ailettes. Parce que le métal est un bon conducteur de chaleur, les dissipateurs de chaleur comme celui-ci sont généralement en aluminium ou en cuivre. Avec l’aide du ventilateur de votre ordinateur, l’air plus chaud se déplace à travers les ailettes métalliques plus froides, qui absorbent une partie de la chaleur. Mais ce n’est encore que de la convection.
Où exactement les silicones thermoconductrices s’intègrent-elles ?
Normalement, le caoutchouc de silicone est un isolant thermique. Il a une faible conductivité thermique et ne transfère pas facilement la chaleur entre les objets. Si vous connaissez certains des autres produits d’Elasto Proxy, vous connaissez peut-être l’isolation du compartiment moteur SH-500-58-ZMT. Elle contient une couche de mousse de silicone qui réduit le mouvement de chaleur entre le compartiment moteur et la cabine. Cet isolant est monté sur un pare-feu métallique qui, autrement, dirigerait la chaleur du moteur.
Alors, comment les silicones peuvent-elles être thermiquement conductrices ? Cela implique de changer leur recette. Comme d’autres types d’élastomères, les composés de silicone contiennent des ingrédients tels que des charges, des pigments et des additifs. Pourtant, le moyen le plus simple de comprendre ces composés est de retourner dans la cuisine. Cette fois-ci, c’est pour le dessert. Comme la crème glacée, les silicones sont fabriquées en mélangeant les ingrédients ensemble, puis en mettant ce mélange à travers un processus final. Avec la crème glacée, ce processus est la congélation. Avec les silicones, c’est le processus de vulcanisation.
Pensez maintenant à la différence entre la crème glacée à la vanille et la crème glacée aux fraises. Le processus pour les faire commence de la même façon. Cependant, c’est l’ajout de fraises qui donne au goût de la crème glacée aux fraises le goût qu’elle a – et pas comme la vanille. Avec les silicones thermoconductrices, c’est l’ajout de charges comme l’oxyde d’aluminium et le nitrure de bore qui donnent au composé la conductivité thermique qui lui manquerait autrement. Contrairement au caoutchouc de silicone ordinaire, ces charges ont une conductivité thermique élevée.
Comment la conductivité thermique est-elle mesurée – et qu’en est-il de la température ?
Il est facile de parler de conductivité thermique élevée par rapport à faible, mais vous ne pouvez pas simplement vous fier à des comparaisons. Vous devez connaître des valeurs spécifiques (ou des gammes de valeurs) et des unités de mesure. La conductivité thermique (CT) mesure la capacité d’un matériau à transférer de la chaleur et est exprimée en watts par mètre Kelvin (p/mK). En règle générale, les matériaux avec une conductivité thermique plus élevée ont un taux de flux de chaleur plus rapide que les matériaux avec une conductivité thermique plus faible. Gardez cela à l’esprit si votre conception d’application doit déplacer la chaleur rapidement ou peut le faire lentement.
Notez aussi que la conductivité thermique est mesurée à une température particulière – et que la CT varie en fonction de la température. Par conséquent, vous devez identifier la plage de température de votre application. Par exemple, différents matériaux ont différentes mesures de conductivité thermique à 25°C (77°F). L’aluminium et le cuivre ont tous deux des niveaux plus élevés de conductivité thermique que le plomb ou le nickel, d’autres métaux courants. L’or est encore plus conducteur thermiquement, mais il est trop cher à utiliser pour les dissipateurs de chaleur.
Le prix n’est pas la seule autre considération, cependant. Le remplissage d’un silicone avec de l’oxyde d’aluminium, du nitrure de bore ou d’autres matériaux augmente sa densité et, par conséquent, sa dureté. Si vous avez déjà conçu des joints d’étanchéité, il est utile de penser aux joints de porte par exemple. Si le matériau en caoutchouc est trop dur, la porte ne se fermera pas ou ne restera pas fermée. Si le matériau en caoutchouc est trop mou, le joint de la porte se comprimera trop et admettra les éléments. Avec des silicones thermoconducteurs, des feuilles entre 10 (plus doux) et 85 (plus dur) duromètre Shore A sont disponibles.
Mais comment les silicones thermoconductrices fonctionnent-elles alors ?
Repensez à ce que vous avez appris sur la façon dont la chaleur se déplace et la relation entre une source de chaleur et un dissipateur de chaleur. Les silicones thermoconducteurs ne sont pas des dissipateurs de chaleur eux-mêmes, mais ils aident au refroidissement en détournant la chaleur. Mais pourquoi les dissipateurs de chaleur ont-ils besoin de cette “aide” s’ils sont fabriqués à partir de matériaux, tels que l’aluminium et le cuivre, qui ont déjà une conductivité thermique élevée? Après tout, les matériaux de remplissage pour les silicones thermoconductrices ne peuvent pas faire concurrence aux valeurs w/mK pour les métaux.
Comme les joints de porte et de fenêtre, les tampons thermiques fabriqués à partir de silicones thermoconducteurs sont conçus pour combler des écarts. Plus précisément, ils comblent les espaces d’air entre la source de chaleur et le dissipateur de chaleur. L’air est un fluide qui déplace la chaleur, mais sa conductivité thermique n’est que de 0,024 W/mK à 0°C (32°F) – et la CT de l’air ne s’améliore pas beaucoup à mesure que la température augmente. Par conséquent, il est important de combler les minuscules espaces d’air causés par des surfaces qui ne sont pas parfaitement plates et lisses.
Faisons un voyage de retour à la cuisine pour considérer ce point. Avez-vous déjà essayé à bouillir de l’eau dans une casserole avec un fond bosselé? La casserole prend plus de temps à chauffer, et l’eau prend davantage de temps à bouillir. C’est parce qu’il y a un contact de surface à surface irrégulier entre le haut du brûleur et le bas de la casserole. Même avec la meilleure des casseroles, il y a toujours un contact de surface à surface imparfait. Cependant, une casserole avec un fond bosselé ne touchera même pas le brûleur par endroits.
Quoi d’autre faut-il savoir sur les silicones thermoconductrices ?
Les silicones thermoconductrices peuvent être renforcées avec du tissu pour plus de résistance. Ce tissu est ajouté lorsque les matériaux sont transformés en feuilles, ou lorsque les silicones thermoconducteurs sont moulés dans des pièces comme des toriques ou des œillets. En règle générale, les matériaux pris en charge ont des taux de transfert de chaleur plus rapides. Il est important de garder cela à l’esprit si votre application nécessite non seulement une force supplémentaire, mais aussi une dissipation plus rapide de la chaleur loin des composants sensibles.
Enfin, vous aurez besoin de réponses aux questions suivantes:
- Quelle est la conductivité thermique (p/mK) requise ?
- Quelle est la gamme de température ?
- Quelle est la densité du matériau (dureté) ?
- Avez-vous besoin de silicones thermoconductrices supportées ou non prises en charge ?
- De combien de pièces avez-vous besoin ?
- À quelle vitesse en avez-vous besoin ?
Il y a beaucoup à considérer, mais les tampons thermiques dont vous avez besoin sont à quelques clics seulement. Contactez Elasto Proxy pour demander un devis ou pour parler à notre équipe de votre application.
