Pad thermique en silicone vs Pad thermique sans silicone : quelles sont les différences

Un tampon thermique en silicone utilise normalement un élastomère de silicone comme matrice polymère. Des charges céramiques thermoconductrices sont dispersées dans cette matrice. Le silicone confère au tampon flexibilité, résistance à la température, conformabilité et un comportement élastique stable. Il s'agit de la plateforme matérielle la plus courante pour les tampons thermiques souples de comblement d'interstice.

Un coussinet thermique sans silicone utilise un autre système de polymère, tel qu'un acrylique, un uréthane ou un autre élastomère propriétaire. Son objectif principal est de transférer la chaleur sans introduire de composants à base de silicone dans l'assemblage. Les ingénieurs le spécifient souvent à proximité de pièces optiques, de contacts électriques, de capteurs, de dispositifs de stockage, de processus de revêtement ou d'autres zones sensibles au silicone.

Aucun des deux types n'est universellement meilleur. Les coussinets en silicone offrent généralement la plus vaste combinaison de souplesse, d'options d'épaisseur, de performance thermique et de résistance aux températures. Les coussinets sans silicone sont précieux lorsque la migration d'huile de silicone, les siloxanes volatils, la contamination de surface ou la compatibilité avec les processus aval représentent un risque réel. La décision finale doit être fondée sur l'impédance thermique testée, la force de compression, l'environnement de fonctionnement, les exigences électriques et la performance de vieillissement plutôt que sur le seul nom du polymère.

Comparaison entre pad thermique en silicone et pad thermique sans silicone

Le tableau ci-dessous fournit une première comparaison utile. Il s'agit d'un outil de présélection, et non d'un substitut au test du pad dans l'empilement réel.

Le point le plus important est que “ silicone ” décrit la matrice, et non la performance globale du pad. Deux pads en silicone peuvent avoir une dureté, une charge de remplissage, un suintement d'huile, une impédance thermique et une durabilité très différents. Il en va de même pour deux pads sans silicone.

De quoi est fait un coussin thermique en silicone ?

A pad thermique en silicone est un composite. L'élastomère de silicone forme un réseau flexible, tandis que les charges céramiques créent des chemins pour la chaleur. La matrice et la charge déterminent ensemble la conductivité, la dureté, la densité, la résistance au déchirure et la force de compression. Une charge élevée en charges peut améliorer la conductivité mais peut également rendre un coussinet plus dur et moins capable de suivre l'ondulation de la surface.

Pourquoi le silicone est largement utilisé dans les coussinets thermiques

Les élastomères de silicone peuvent conserver leur flexibilité sur une plage de température utile. Ils peuvent être formulés avec une faible dureté et une bonne résilience. Ils acceptent également des taux élevés de charge céramique. Cette combinaison rend le silicone pratique pour combler les espaces de l'échelle du millimètre entre des composants générateurs de chaleur et un dissipateur thermique, une plaque froide, un boîtier métallique ou un châssis structurel.

La souplesse aide le matériau à épouser la texture microscopique de la surface lors du serrage. Elle permet également à un seul coussinet d'entrer en contact avec des composants présentant de petites différences de hauteur. Il en résulte une résistance de contact plus faible et moins de poches d'air. C'est pourquoi l'avantage apparent d'un chiffre de conductivité plus élevé peut disparaître lorsqu'un matériau plus dur établit un mauvais contact. La relation est traitée plus en détail dans Pourquoi une conductivité thermique élevée (W/mK) ne signifie pas toujours de meilleures performances de refroidissement.

Que signifient l'exsudation d'huile de silicone et le dégagement gazeux de siloxane

Certaines formulations de silicone peuvent libérer de petites quantités de matière à faible poids moléculaire. Le résidu liquide qui migre du coussinet est souvent décrit comme un suintement d'huile. Les molécules volatiles libérées dans l'environnement environnant sont désignées sous le terme de dégagement gazeux. Ce sont des problèmes apparentés, mais ils ne sont pas identiques.

Le risque réel dépend de la formulation, de la température, de la pression, du temps, du flux d'air, des surfaces voisines et de la sensibilité du dispositif. Un tampon en silicone à faible suintement contrôlé peut convenir dans de nombreux produits électroniques exigeants. Pourtant, une petite quantité de contamination peut toujours s'avérer inacceptable près d'une surface optique ou d'un contact électrique.

Ne présumez pas que chaque coussin en silicone a le même comportement de migration. Les fournisseurs proposent désormais des qualités de silicone à faible suintement et à faible dégagement gazeux. Par exemple, Parker décrit un coussin d'interstice en silicone à faible suintement d'huile conçu pour les applications où la migration d'huile de silicone peut créer des problèmes de fabrication ou d'apparence dans son Données techniques THERM-A-GAP PAD 80LOE. Cela montre pourquoi la décision n'est pas toujours un simple choix entre du silicone standard et des matériaux entièrement sans silicone.

Qu'est-ce qu'un pad thermique sans silicone ?

A pad thermique sans silicone remplace l'élastomère de silicone par un autre système de liant tout en conservant les charges thermiquement conductrices. Les fournisseurs peuvent utiliser de l'acrylique, de l'uréthane, des polymères liés aux polyoléfines ou une chimie propriétaire. Le coussin fini doit toujours se conformer, rester électriquement stable, résister à la chaleur et conserver sa forme sous compression.

Le terme “ sans silicone ” doit être traité comme une allégation relative à une matière contrôlée. Demandez si cela signifie l'absence de silicone ajouté intentionnellement, un équipement de fabrication contrôlé, ou une limite testée pour les siloxanes volatils. Ces définitions ne sont pas équivalentes.

Pourquoi les ingénieurs spécifient des pads thermiques sans silicone

Les tampons sans silicone sont choisis lorsque les résidus dérivés du silicone risquent d'interférer avec le produit ou avec un autre processus de fabrication. Les préoccupations typiques incluent :

• Buée ou film sur les lentilles, miroirs, guides de lumière, fenêtres et couvercles de caméras
• Augmentation de la résistance de contact au niveau des relais, des interrupteurs, des connecteurs ou des contacts exposés
• Interférence avec la peinture, le revêtement, le collage, l'impression ou le traitement de surface
• Contamination de capteurs de précision ou d'équipements analytiques
• Restrictions dans les zones de fabrication propre
• Spécifications client interdisant l'ajout intentionnel de silicone

Henkel décrit une application d'unité de commande où un pad thermique sans silicone a été sélectionné pour éviter la contamination autour des contacts électroniques, des composants optiques et des processus de fabrication automobile. Le cas met également en lumière une réalité ingénierie importante : le remplacement devait toujours gérer la tolérance de cumul, la souplesse, l'impédance thermique, la température de fonctionnement continu et la longue durée de vie.

Sans silicone ne signifie pas automatiquement un faible dégagement gazeux

Tous les polymères peuvent contenir des constituants volatils ou extractibles. L'élimination du silicone traite la contamination spécifique au silicone. Cela ne prouve pas que le dégagement gazeux total, la perte de masse, l'odeur, la contamination ionique ou les résidus condensables sont suffisamment faibles pour l'application.

Si le produit doit fonctionner dans une chambre optique scellée, un système à vide, une enceinte à haute température ou un autre environnement sensible, demandez la méthode de test réelle et les résultats. Une étiquette générale “sans silicone” ne suffit pas. Le plan de qualification doit définir quelles espèces posent problème, quelle quantité est autorisée et à quelle température le matériau sera testé.

Performance thermique des isolants thermiques (gap pads) en silicone par rapport à ceux sans silicone

Les ingénieurs commencent souvent par la conductivité thermique en watts par mètre-kelvin. Ce chiffre est utile, mais il ne dit pas tout. La chaleur doit franchir la première surface de contact, traverser le pad et franchir la seconde surface de contact. L'épaisseur du pad, la pression, la dureté, le pouvoir collant, la planéité de la surface et la répartition des charges influencent tous l'augmentation finale de la température.

Pour une couche unidimensionnelle simplifiée, la résistance thermique globale est proportionnelle à l'épaisseur et inversement proportionnelle à la conductivité :

R = t / (k x A)

Voici, R est la résistance thermique, t est-ce que l'épaisseur des liaisons, k est la conductivité thermique, et A est la surface de transfert thermique. L'équation ne décrit pas complètement une interface réelle souple car elle omet la résistance de contact. Elle met tout de même en évidence un point clair : un coussin plus épais ajoute de la résistance même lorsque sa conductivité est élevée.

Comparer l'impédance thermique à la même épaisseur et à la même pression

La comparaison la plus équitable utilise des données d'impédance thermique à épaisseur, pression, température et méthode de test finales identiques. Ne comparez pas la conductivité annoncée d'un coussin en silicone avec l'impédance thermique d'un autre coussin sans silicone. Ce sont des mesures différentes.

ASTM D5470 traite des mesures d'impédance thermique en régime établi et de conductivité thermique apparente pour les matériaux d'isolation électrique thermiquement conducteurs. L'ASTM note également que ses conditions de flux thermique contrôlé ne reproduisent pas directement toutes les applications pratiques. C'est pourquoi les données des fournisseurs doivent guider la sélection, suivie d'un test dans l'assemblage cible.

Le guide de HakTak pour Conductivité thermique vs Impédance thermique dans la sélection des TIM explique comment la résistance de contact et l'épaisseur du joint de colle peuvent modifier le classement entre deux matériaux. Un pad de conductivité inférieure peut parfois procurer une température de composant plus basse s'il est plus mince, plus souple ou mieux adapté aux surfaces.

Est-ce qu'un pad en silicone transfère mieux la chaleur ?

Pas par définition. La chimie des silicones offre aux formulateurs une plate-forme utile, de sorte que le marché propose de nombreux coussinets en silicone à haute performance. Les formulations sans silicone peuvent également assurer un transfert thermique efficace. Le résultat dépend du type de charge, de la teneur en charge, de la structure du coussinet, de l'épaisseur et de la qualité du contact.

Gardez la comparaison liée à l'empilement mécanique. Confirmez la tolérance de l'intervalle, choisissez une épaisseur qui maintient le contact, calculez la compression et la force au plus petit intervalle, et comparez l'impédance thermique dans cette condition. Terminez par un test de température dans un assemblage représentatif.

Compression et souplesse des pads thermiques en silicone par rapport aux pads thermiques sans silicone

Les pads thermiques doivent se déformer suffisamment pour chasser l'air et compenser les tolérances. Ils doivent le faire sans fissurer un composant, courber un circuit imprimé, soulever un connecteur ou surcharger les éléments de fixation. Cela rend la force de compression tout aussi importante que la conductivité thermique.

Les systèmes à base de silicone ont une longue tradition de formulation en coussinets très souples. De nombreux coussinets sans silicone sont également souples, mais les combinaisons disponibles de dureté, d'épaisseur et de conductivité peuvent différer. Les données au niveau du produit sont plus utiles qu'une large comparaison chimique.

La dureté n'est pas la même chose que la force de compression

La dureté Shore donne une indication rapide de la résistance de la surface à l'indentation. Elle ne permet toutefois pas de prédire avec précision la force nécessaire pour comprimer un tampon en acier 10%, 20% ou 30%. L’épaisseur du tampon, le renfort, la teneur en charge, la vitesse d’essai, la taille de l’échantillon et le comportement viscoélastique sont autant de facteurs qui influencent la courbe de force.

Demandez des données de compression-flexion chaque fois que la contrainte de la plaque importe. Si le fournisseur ne fournit que la dureté Shore 00, considérez-la comme une comparaison initiale. Ne l'utilisez pas comme unique donnée mécanique. Vous pouvez utiliser le cadre de Pads thermiques souples ou durs : lequel est le meilleur ? pour relier la dureté à la souplesse, à la maniabilité et au risque d'assemblage.

La déformation rémanente après compression et la relaxation des contraintes affectent le contact à long terme.

Un coussin thermique change après avoir été serré pendant des semaines, des mois et des années. Une partie de la force initiale se relâchant, le matériau peut également conserver une partie de sa forme comprimée une fois la charge retirée. Les cycles de température accélèrent ces changements.

Le design doit maintenir une pression de contact suffisante après relaxation. Il ne doit pas dépendre uniquement d'un écrasement initial élevé. Les élastomères de silicone offrent souvent une stabilité élastique utile, mais le comportement exact varie selon la formulation. Les coussinets non en silicone doivent également être évalués à l'aide de données de vieillissement plutôt que sur la base d'hypothèses concernant la famille de polymères.

Pour la conception de la pile, Comment la compression affecte la performance des coussinets thermiques explique pourquoi une compression insuffisante donne un mauvais contact tandis qu'une compression excessive augmente la contrainte mécanique et peut causer des dommages matériels. La compression recommandée par le fournisseur est la plage de départ. L'assemblage fini est le test final.

Contamination, dégazage et suintement d'huile des pads thermiques

Les préoccupations liées à la contamination constituent la principale raison pour laquelle les ingénieurs comparent les tampons en silicone et sans silicone. Le sujet nécessite un langage précis car plusieurs mécanismes de défaillance sont souvent regroupés.

Lorsque la contamination par le silicone devient un risque réel de conception

Les applications sensibles aux silicones ne se limitent pas aux équipements à vide. Une caméra étanche peut piéger des matières volatiles près d'une lentille. Un relais peut exposer des surfaces de contact à des composés qui modifient le comportement électrique. Une pièce automobile peinte peut souffrir de défauts d'adhésion si une contamination atteint une surface préparée. Un capteur peut réagir à des traces de dépôts qui n'ont aucun effet sur l'électronique ordinaire.

La distance importe également. Un coussinet n'a pas besoin de toucher la surface sensible. La chaleur et le flux d'air peuvent transporter des espèces volatiles. Le volume du boîtier, le chemin d'évacuation et la température locale doivent être inclus dans l'évaluation.

Quand un coussinet thermique en silicone à faible exsudation peut suffire

Une exclusion totale du silicone peut restreindre les choix de matériaux et nécessiter un nouveau programme de qualification. Pour certains produits, le risque se limite à une migration d'huile visible plutôt qu'à une contamination par des traces de siloxanes. Un coussin en silicone à faible ressuage validé peut alors constituer une solution pratique.

Demandez au fournisseur des données sur le ressuage, la volatilité et le vieillissement. Testez l'assemblage complet à la température réaliste la plus élevée. Placez des coupons témoins ou des surfaces optiques et de contact représentatives aux endroits pertinents. Inspectez-les après exposition. Cet essai d'application donne souvent une réponse plus utile qu'une étiquette de matériau générique.

Plage de température des pads thermiques en silicone et sans silicone

Les tampons en silicone sont largement utilisés dans l'électronique chaude car les élastomères de silicone peuvent conserver leur flexibilité sur une large plage de températures. Cela ne signifie pas que chaque tampon en silicone a la même température minimale et maximale nominale. Les couches adhésives, les films de support, le renforcement et les charges peuvent imposer des limites inférieures à celles du polymère de base.

Les coussinets sans silicone peuvent également supporter des températures de fonctionnement exigeantes. Leur limite dépend de la chimie du liant et de la durée de vie requise. Une valeur nominale pour une exposition de courte durée n'est pas la même chose qu'un fonctionnement continu pendant 10 ou 20 ans.

Vérifier l'utilisation continue, pas seulement le maximum du titre

Le maximum de la fiche technique peut décrire une courte exposition du matériau dans le cadre d'un test spécifique. Demandez si la valeur nominale est continue, si elle inclut une couche adhésive, et comment l'impédance thermique, la dureté, les dimensions et la force évoluent après le vieillissement. Un pad peut rester physiquement intact tout en perdant ses performances thermiques ou mécaniques utiles.

Le cyclage thermique peut révéler des différences de matériaux

Le patin se trouve entre des surfaces ayant des coefficients de dilatation thermique différents. Chaque cycle de mise sous tension génère un mouvement. Le patin doit suivre ce mouvement sans se déchirer, sans se déplacer hors de sa position ni perdre le contact.

Le cyclage thermique est particulièrement important pour l'électronique automobile, les blocs d'alimentation, les équipements de télécommunication extérieurs, les luminaires LED, les systèmes de batteries et les commandes industrielles. Testez la pression de montage réelle et l'intervalle. Un test sur échantillon non fixé ne reproduira pas l'état des contraintes dans le produit.

Isolation électrique dans les coussinets thermiques en silicone et sans silicone

Beaucoup de tampons thermiques (thermal gap pads) utilisent des charges céramiques électriquement isolantes. Pourtant, “ tampon thermique ” ne signifie pas automatiquement “ isolant électrique ”. Certaines interfaces thermiques sont électriquement conductrices. D'autres incluent un renfort ou de minces films diélectriques pour améliorer la résistance à la perforation.

Les coussinets en silicone et sans silicone peuvent tous deux être rendus électriquement isolants. La sélection doit se concentrer sur les propriétés diélectriques vérifiées de la construction finie.

Comparer la tension de claquage à l'épaisseur réelle du plot

La rigidité diélectrique est souvent exprimée en kV/mm. La tension de claquage est la tension à laquelle un échantillon cède selon une méthode et une épaisseur définies. Ces valeurs sont liées mais ne sont pas interchangeables dans la conception d'un système.

ASTM D149 est couramment référencée pour la tension de claquage diélectrique et la rigidité diélectrique des matériaux isolants électriques solides. Le résultat dépend de l'épaisseur de l'éprouvette, des électrodes, de la rampe de tension, de l'environnement et de la procédure d'essai. Une valeur de catalogue est utile pour la comparaison, mais les marges de sécurité doivent respecter les exigences du produit en matière de tension, de réglementation, de pollution et de défaut.

Le guide Paddings thermiques isolants électriques : Quand en avez-vous besoin ? traite les questions d'isolation de manière plus détaillée. C'est particulièrement pertinent lorsque le pad connecte un composant sous tension, un module de puissance, une barre bus ou une zone de circuit imprimé à un châssis métallique mis à la terre.

Le renforcement peut modifier à la fois le comportement thermique et mécanique

Le renforcement en fibre de verre ou en film peut améliorer la maniabilité, la résistance à la déchirure et la fiabilité diélectrique. Il peut également rendre le coussinet moins épousant. Un produit renforcé peut nécessiter plus de pression pour épouser des surfaces rugueuses ou voilées.

Ne comparez pas un coussinet en silicone renforcé avec un coussinet non renforcé sans silicone comme si la matrice était la seule différence. Comparez les constructions complètes. Vérifiez la résistance à la perforation autour des bavures, des coins des composants, des éléments de vis et des traces d'usinage des dissipateurs thermiques.

Sélection de l'épaisseur des pads thermiques en silicone vs sans silicone

L'épaisseur nominale correcte est le coussinet le plus mince qui maintient un contact fiable sur toute la tolérance de production. Un coussinet trop mince risque de ne pas atteindre la surface au niveau du plus grand intervalle. Un coussinet trop épais ajoute une résistance thermique et peut surcharger l'assemblage au niveau du plus petit intervalle.

Calculer la compression minimale et maximale

Supposons qu'un patin nominal de 2,0 mm soit installé dans un intervalle variant de 1,5 à 1,8 mm.

• Pour un écart de 1,8 mm, la compression est égale à (2,0 – 1,8) / 2,0 = 10%.
• Pour un écart de 1,5 mm, la compression est égale à (2,0 – 1,5) / 2,0 = 25%.

Le candidat doit maintenir le contact à une compression de 10% et respecter la force admissible à 25%. Répéter le calcul pour chaque angle important ou groupe de composants. Tenir compte de la courbure du circuit imprimé, de la hauteur des composants, de la planéité du châssis, de la tolérance des fixations et de la tolérance d'épaisseur des pastilles.

Le processus étape par étape dans Comment choisir l'épaisseur du pad thermique pour l'électronique aide à transformer ces dimensions de pile en une spécification de tampon pratique. La même méthode s'applique aux produits en silicone et sans silicone.

L'épaisseur de la ligne de liaison finale détermine le flux thermique

L'épaisseur nominale de la feuille n'est pas la dimension qui contrôle la résistance thermique globale après assemblage. L'épaisseur de la ligne de liaison comprimée le fait. Si un coussin de 2,0 mm finit à 1,6 mm, les calculs doivent utiliser 1,6 mm ainsi que les données de contact pertinentes.

Comment l'épaisseur du joint de colle affecte la performance thermique explique pourquoi la réduction des épaisseurs inutiles produit souvent un bénéfice thermique plus important que le passage à un matériau de conductivité nettement supérieure. C'est l'une des vérifications les plus utiles lorsqu'une solution sans silicone présente une valeur W/mK publiée inférieure à celle du pad en silicone en place.

Différences de fiabilité entre les coussinets thermiques en silicone et sans silicone

La fiabilité n'est pas une propriété unique. C'est la capacité à maintenir un contact thermique, une isolation électrique, une position physique et une propreté acceptable tout au long de la vie du produit. Cela nécessite plusieurs tests.

Tester les performances thermiques avant et après vieillissement

Un patte peut réussir un test de température initial et tout de même échouer avec le temps. Mesurez les mêmes points thermiques avant et après l'exposition environnementale. Maintenez la puissance, le flux d'air, la température du liquide de refroidissement, le couple de serrage et l'emplacement des capteurs sous contrôle.

Pour une comparaison au niveau des matériaux, les données ASTM D5470 peuvent appuyer le criblage de l'impédance thermique. L'aperçu de HakTak sur Normes d'essai TIM courantes que les ingénieurs devraient connaître peut aider à élaborer un plan de test plus large qui inclut les propriétés thermiques, mécaniques et électriques.

Tester le processus de production dans le cadre de la fiabilité

La performance du matériau peut être perdue lors de la transformation et de l'assemblage. Un coussinet très souple peut s'étirer lors du retrait du support. Une surface à haute périclitation peut emprisonner l'air. Une nuance sans silicone peut être propre dans sa feuille d'origine mais être contaminée sur des équipements de découpe partagés. Une section mince peut se déchirer près d'un trou ou d'une paroi étroite.

Les échantillons de qualification doivent utiliser la géométrie de découpe, le support, l'emballage, la période de stockage, la méthode de prélèvement et le processus de placement prévus. Si l'exclusion de silicone est obligatoire, les contrôles de transformation et d'emballage doivent être inclus dans l'accord fournisseur.

Quand devriez-vous choisir un coussin thermique en silicone ?

Un coussinet thermique en silicone est souvent le meilleur point de départ lorsque l'application ne présente aucune sensibilité définie au silicone et nécessite une solution mature et flexible de remplissage d'interstices. Les raisons typiques incluent :

• Une exigence de large plage de températures de fonctionnement
• Force de compression très faible
• Grands écarts ou écarts variables
• Grande conformabilité sur les surfaces irrégulières
• Large choix de conductivités et d'épaisseurs
• Forte disponibilité des configurations découpées et adhésives
• Performance avérée dans le refroidissement électronique
• Un besoin d'équilibrer le transfert thermique avec l'amortissement des vibrations

Le matériel informatique général, les blocs d'alimentation, les équipements de télécommunications, les blocs-batteries, les drivers de LED, l'électronique industrielle, les onduleurs, les produits grand public et de nombreux modules automobiles utilisent couramment des pads thermiques en silicone. Cela ne dispense pas de vérifier le suintement d'huile ou le dégagement gazeux. Cela signifie que le silicone est acceptable lorsque ces risques ont été évalués et maîtrisés.

Quand devez-vous choisir un pad thermique sans silicone ?

Un coussin thermique sans silicone convient lorsque la conception présente un mécanisme de défaillance spécifique lié au silicone ou une restriction du client. Les exemples courants incluent :

• Caméras, modules laser, capteurs optiques, guides de lumière et lentilles scellées
• Relais, interrupteurs, connecteurs et contacts électriques exposés
• Équipement utilisé à proximité d'opérations de peinture, de revêtement, de collage ou d'impression
• Instruments de mesure de précision et d'analyse
• Certains équipements de stockage et de fabrication de semi-conducteurs
• Nettoyer les lignes de production avec des politiques de contrôle du silicone
• Produits dont le cahier des charges client interdit la silicone

Le choix doit toujours satisfaire aux exigences thermiques et mécaniques. Évitez de remplacer un coussinet en silicone souple par un coussinet non en silicone plus dur de la même épaisseur nominale sans recalculer la force. Vérifiez également si une limite de température inférieure, un pouvoir adhésif différent ou un coût plus élevé affecte le produit.

L'aperçu des matériaux thermiques de Parker confirme que les familles de tapis intersticiels commerciaux comprennent à la fois élastomères silicones et non silicones pour transférer de la chaleur à travers des intervalles grands et variables. Cette disponibilité est utile, mais chaque candidat reste un système de matériaux distinct avec ses propres besoins en matière de données et de qualification.

Comment choisir entre des pads thermiques en silicone et sans silicone

Utilisez un processus guidé par les exigences. Ne commencez pas par demander quelle chimie est la meilleure. Commencez par définir ce que l'interface doit faire.

Étape 1 : Confirmer si le silicone est effectivement restreint

Demandez aux équipes produit, qualité, processus et client la raison de cette restriction. “ Nous préférons sans silicone ” n'est pas une exigence testable. “ Aucun siloxane D4-D10 détectable au-dessus d'une limite définie après exposition ” est testable. De même pour “ aucun dépôt visible sur la lentille après 1 000 heures à la température maximale du boîtier ”.”

Si le problème se limite à un suintement d'huile visible, une qualité de silicone qualifiée à faible suintement peut suffire. Si des traces de siloxanes risquent d'altérer des contacts ou d'embuer des optiques, un produit sans silicone vérifié est plus approprié.

Étape 2 : Définir la cible thermique

Définissez la température maximale du composant, la charge thermique, la température de la surface de refroidissement et la résistance de contact admissible. Utilisez une condition de pire cas réaliste. Incluez les performances dégradées du ventilateur, une température ambiante élevée, la tolérance du liquide de refroidissement et la variation de fabrication le cas échéant.

Commencez par le plus général Matériaux d'interface thermique cadre de sélection si l'interface pouvait également utiliser du mastic, du gel, de la graisse, un matériau à changement de phase ou un isolant mince. Un pad n'est pas toujours la meilleure solution pour une interface presque plane et étroitement contrôlée.

Étape 3 : Établir la tolérance d'écart complète

Mesurer ou calculer le plus petit et le plus grand intervalle. Inclure tous les contributeurs. Sélectionner le coussinet le plus mince qui entre en contact au niveau du plus grand intervalle et calculer la compression au niveau du plus petit intervalle. Ensuite, comparer cette compression avec la plage recommandée par le fournisseur.

Étape 4 : Définir la limite de force mécanique

Identifier les composants fragiles, les joints de soudure, les limites de déflexion des PCB, l'alignement des connecteurs et la rigidité du boîtier. Demander les courbes de pression en fonction de la déflexion aux fournisseurs. Comparer les candidats à l'épaisseur comprimée réelle et à la température réelle.

Étape 5 : Vérifier les exigences électriques et de sécurité

Confirmez si l'interface doit isoler la tension. Définissez la tension de service, les conditions transitoires, le contexte des lignes de fuite et des dégagements, la mise à la terre, l'inflammabilité et les exigences réglementaires. Demandez des données de claquage spécifiques à l'épaisseur et des détails de construction.

Étape 6 : Comparer les données de contamination et environnementales

Pour les tampons en silicone, examinez les preuves d'exsudation d'huile, de volatilité et de dégagement gazeux. Pour les tampons sans silicone, vérifiez la définition de l'absence de silicone et examinez le dégagement gazeux total ou d'autres émissions pertinentes. Pour les deux types, vérifiez l'humidité, le vieillissement thermique, l'exposition chimique et les exigences en matière de flamme.

Étape 7 : Tester l'assemblage réel

Fabriquer des échantillons aux extrêmes de tolérance. Mesurer la température des composants et les contraintes mécaniques. Effectuer le vieillissement et le cyclage. Inspecter les profils de contact, la position des plages d'accueil, les résidus, les surfaces optiques et les contacts électriques. Répéter l'essai avec des découpes de puces et des méthodes d'assemblage équivalentes à la production.

Liste de contrôle pour la sélection des coussinets thermiques pour les ingénieurs

Utilisez cette liste de contrôle lors de la revue de conception ou de la comparaison de fournisseurs :

• Le silicone est-il interdit, ou un faible suintement d'huile est-il suffisant ?
• Quelle espèce chimique ou quel résidu provoquerait une défaillance ?
• Comment définit-on et vérifie-t-on le “ sans silicone ” ?
• Quels sont les jeux minimal, nominal et maximal ?
• Quelle est l'épaisseur finale de la ligne de liaison comprimée ?
• Quelle plage de compression le fournisseur recommande-t-il ?
• Quelle pression est créée aux extrêmes de tolérance ?
• Quelle impédance thermique est rapportée à une pression et une épaisseur comparables ?
• La conductivité a-t-elle été mesurée selon la même méthode pour tous les candidats ?
• Le patin a-t-il besoin d'une isolation électrique ?
• Quelles sont les données relatives à la tension de claquage spécifique à l'épaisseur et à l'isolation ?
• Un renfort est-il nécessaire pour la résistance aux crevaisons ou à la maniabilité ?
• Quelle est la température de fonctionnement continu et quelle est la durée de vie prévue ?
• Comment l'impédance thermique et la force de compression évoluent-elles après le vieillissement ?
• Le pad a-t-il subi le cycle thermique dans le boîtier réel ?
• Le matériau peut-il être découpé à l'emporte-pièce sans déchirure ni production de particules ?
• La conversion, l'emballage et la manipulation sont-ils contrôlés pour une utilisation sensible aux silicones ?
• Est-ce que l'adhésif ou le pouvoir collant naturel modifie le comportement thermique et la contamination ?
• Le coussinet peut-il être retiré proprement lors de la réparation ?
• Le fournisseur est-il capable de maintenir la formulation et les contrôles des procédés tout au long du programme ?

Foire aux questions

Un pad thermique sans silicone est-il meilleur qu'un pad thermique en silicone ?

Pas dans toutes les applications. Un coussinet thermique sans silicone est préférable lorsque la contamination par le silicone présente un risque avéré. Un coussinet en silicone peut offrir davantage d'options en matière de souplesse, de plage de température, d'épaisseur et de performance thermique lorsque le silicone est acceptable. Comparez l'interface finale, pas seulement la chimie.

Est-ce que les coussinets thermiques en silicone perdent de l'huile ?

Certaines formulations peuvent présenter un suintement d'huile ou libérer des espèces de silicone de bas poids moléculaire. La quantité varie considérablement. Des grades de silicone à faible suintement sont disponibles. Demandez des données de test et vérifiez le produit dans les conditions réelles de température, de pression, de temps et d'enceinte.

Les coussinets thermiques sans silicone sont-ils vraiment sans silicone ?

La signification dépend des spécifications du fournisseur et des contrôles de processus. Confirmez si cette affirmation signifie l'absence de silicone ajouté intentionnellement, une limite mesurée pour les siloxanes, ou un processus de fabrication contrôlé sans silicone. Demandez la méthode d'essai et la limite de détection lorsque l'exigence est critique.

Quel pad thermique est le mieux adapté pour les caméras et les modules optiques ?

Les tampons sans silicone sont souvent privilégiés près des lentilles, capteurs, miroirs et chemins optiques scellés car ils évitent les problèmes de buée et de dépôts spécifiques au silicone. Le matériau choisi doit tout de même être testé pour le dégagement gazeux total et les résidus condensables dans le boîtier réel.

Quel pad thermique est le meilleur pour l'électronique de puissance ?

Les coussinets en silicone sont courants dans l'électronique de puissance car ils peuvent combiner une grande conformabilité, une isolation électrique, une résistance thermique utile et une faible force de compression. Un coussinet sans silicone peut également convenir lorsque des restrictions de contamination s'appliquent. L'impédance thermique, les performances diélectriques, l'épaisseur de la ligne de joint et la force doivent déterminer le choix final.

Un tampon en silicone à faible ressuage peut-il remplacer un tampon sans silicone ?

Parfois. Cela dépend du mécanisme de défaillance. Un faible suintement d'huile peut résoudre la migration visible ou les taches de surface. Il se peut qu'il ne réponde pas à une interdiction stricte de silicone ou à une limite de traces de siloxane. La qualification doit utiliser les critères d'acceptation de l'application.

Combien un pad thermique en silicone ou sans silicone doit-il être compressé ?

Il n'y a pas de pourcentage universel. Utilisez la plage recommandée par le fournisseur et calculez la compression aux jeux minimum et maximum. Vérifiez ensuite la pression, le contact, les performances thermiques et le maintien de la force à long terme dans l'assemblage.

Recommandation finale

Choisissez un tampon thermique en silicone lorsque la conception nécessite un matériau de remplissage d'interstice souple, durable et largement disponible, et que le silicone ne pose pas de problème de contamination avéré. Les qualités de silicone à faible suintement peuvent étendre ce choix à des applications où les tampons en silicone ordinaires ne conviennent pas.

Choisissez un coussin thermique sans silicone lorsque l'huile de silicone, les siloxanes volatils, les restrictions du client ou la contamination des processus peuvent endommager les optiques, les contacts, les revêtements, les capteurs ou la qualité de production. Vérifiez ce que signifie “ sans silicone ” et testez le comportement de contamination global plutôt de vous fier uniquement à l'étiquette.

Pour les deux types de matériaux, les priorités d'ingénierie restent les mêmes : utiliser la ligne de collage fiable la plus mince possible, maintenir la force de compression dans des limites sûres, comparer l'impédance thermique dans des conditions équivalentes, confirmer l'isolation électrique si nécessaire, et valider les performances après vieillissement. Le meilleur coussin thermique n'est pas défini par un seul polymère ou une seule valeur en W/mK. C'est le matériau qui maintient un contact propre et stable ainsi que des températures acceptables tout au long de la durée de vie du produit.