Jade Bridges van Electrolube herinnert ons eraan waarom thermal management zo'n belangrijke rol speelt bij het ontwerp van printplaten en elektronisch assemblage.

We stellen ons hierbij de vraag wanneer het aan te raden is om een ​​thermisch geleidende silicone te gebruiken en wanneer juist niet. Ook schetsen we een beeld van de aankomende evolutie op vlak van technologie en geven verdere toelichting waarom het noodzakelijk is thermal management toe te passen en de mogelijke consequenties wanneer u dit niet doet.

Keuze van het correcte materiaal

Er zijn verschillende materialen en methoden om uit te kiezen met ieder een verschillend doel. Deze zijn afhankelijk van o.a. de fysieke beperkingen van de toepassing, de indeling van de componenten, de geometrie van de assemblage en de omgeving waarin de assemblage wordt geplaatst. Bijkomend zijn er nog meer specifieke vragen die best gesteld kunnen worden zoals welke thermische geleidbaarheid heb ik nodig, of hoeveel materiaal is er nodig tussen component en koellichaam om een ​​thermisch stabiele assemblage te bekomen? Wanneer het kleinste detail over het hoofd wordt gezien, kan dit de prestatie van uw elektronische assemblage in gevaar brengen.

Het is duidelijk dat slecht thermal management de efficiëntie in het afvoeren van warmte van componenten zal beïnvloeden. Naarmate de temperatuur van een component stijgt en zijn evenwichtstemperatuur bereikt, zal de snelheid van warmteverlies per seconde gelijk zijn aan de warmte die per seconde in de component wordt geproduceerd. Deze temperatuur kan hoog genoeg zijn om de levensduur van het onderdeel aanzienlijk te verkorten en kan zelfs leiden tot uitval van het apparaat. Dit kan vermeden worden door adequaat thermal management.

Silicone of geen silicone

Traditioneel zijn siliconen beter bestand tegen hoge temperaturen. Ze beschikken over een betere stabiliteit bij temperaturen boven 150 ° C. Echter hebben recente ontwikkelingen de kloof tussen de thermische prestaties van siliconen en sommige niet siliconenmaterialen iets verkleint. Nieuwe toetreders binnen de niet siliconenmarkt garanderen nu een uitstekende stabiliteit bij temperaturen tot 180°C. Siliconen bieden niet alleen uitstekende prestaties bij hoge temperaturen, maar bieden ook een zeer goede omgevingsstabiliteit, met name wanneer elektronische apparaten worden gebruikt in ruimtes met een hoge luchtvochtigheid. De lage viscositeit zorgt voor een snelle vloei en een grondige benatting tijdens het aanbrengen. Dit maakt dat siliconen ook een uitstekende keuze zijn voor toepassingen via zeefdruk.

Siliconen hebben een aantal duidelijke thermische voordelen, maar beschikken ook wel degelijk over negatieve elementen o.a. het fenomeen ‘migratie’. Migratie vindt plaats wanneer vluchtige siloxanen met een laag molecuulgewicht uit de siliconen vrijkomen, waardoor problemen in de omgeving ontstaan. Bij elektronica leidt migratie tot de vorming van siliciumcarbide op elektrische contacten, wat tot storingen en uitval kan leiden.

Nieuwe spelers op de markt

Thermische pasta’s blijven marktleider bij toepassingen op gebied van thermal management en zullen dit naar alle verwachtingen nog enkele jaren volhouden. Ze zijn eenvoudig aan te brengen en bewerkbaar en tegelijkertijd bieden ze een kosten efficiënt alternatief voor warmtegeleidende lijmen zoals 1 component RTV's en twee componentenepoxy ‘s. Jarenlang hebben thermische pasta’s de laagste thermische weerstandswaarden kunnen bieden voor thermal interfacetoepassingen. De laatste jaren is er echter een nieuwe speler op de markt verschenen: faseovergangsmaterialen ofwel Phase Change producten.

Faseovergangsmaterialen kunnen net als pasta's zeer dun worden aangebracht. Hierdoor zijn ze in staat zijn om een uitzonderlijk lage thermische weerstand te bieden. Doordat ze geen pump-out effecten kennen, zijn faseveranderingsmaterialen een uitstekende keuze voor toepassingen die sterk variërende temperaturen ondergaan.

Conclusie

Nu thermisch warmtebeheer steeds meer een cruciale rol speelt binnen elektronica, is de kans groot dat de stabiliteit van deze nieuwe faseovergangsmaterialen ervoor zal zorgen dat ze een overweldigende voorsprong nemen qua technologie voor thermal management. Aangezien deze technologie zich snel ontwikkelt, zal dit eerder vroeg dan laat optreden.