Coussins thermiques en silicone pour l'électronique, les batteries de véhicules électriques et les modules de puissance

Un tampon thermique en silicone est un matériau d’interface thermique compressible et prépolymérisé, composé d’un élastomère de silicone et d’une charge thermoconductrice. Il comble un jeu contrôlé entre une source de chaleur et une surface de refroidissement, chasse l’air isolant, épouse les irrégularités et peut assurer une isolation électrique ainsi qu’un amortissement mécanique.

De nombreux pads thermiques en silicone utilisent des charges céramiques électriquement isolantes et présentent une résistivité volumique élevée, mais tout pad chargé n’est pas automatiquement adapté à l’isolation électrique. Vérifiez la rigidité diélectrique, l’épaisseur, la méthode d’essai, l’état des bords découpés, le risque de perforation, ainsi que les distances de fuite et d’isolement après assemblage et vieillissement.

Mesurez les jeux assemblés minimal, nominal et maximal, en tenant compte de la planéité, de la déformation, de la hauteur des composants, des fixations et des tolérances des matériaux. Choisissez une épaisseur nominale qui maintient le contact requis au jeu maximal sans dépasser la pression admissible sur les composants au jeu minimal. Validez l’épaisseur comprimée et la température sur l’assemblage réel.

Mesurez l’assemblage fermé représentatif de la production, plutôt que de vous fier uniquement aux dimensions des pièces prises séparément. Utilisez des cales d’épaisseur adaptées, un matériau témoin, des moyens métrologiques ou une mise en coupe, sans forcer les pièces à adopter une position différente. Effectuez des mesures en plusieurs points et sur plusieurs unités, puis prenez en compte la hauteur des composants, la soudure, PCB, le revêtement, le couvercle, les éléments de fixation, la planéité et les variations de gauchissement. Relevez les valeurs minimale, nominale et maximale, car un seul écart moyen ne permet pas d’établir la plage de compression sûre.

Il n’existe pas de pourcentage universel. La plage correcte dépend de la courbe contrainte-déformation, de l’épaisseur, de la surface, du support et de la surface du pad, ainsi que des exigences de contact et de la limite structurelle de l’assemblage. Utilisez les données du fournisseur et testez les empilements minimal et maximal avec les fixations ou ressorts de production.

Non. La résistance thermique finale dépend également de l’épaisseur, de la pression, du mouillage, de la rugosité de surface, des vides, de la surface de contact et du dissipateur. Dans un assemblage donné, une interface plus fine et plus souple offrant un contact stable peut être plus performante qu’une interface plus épaisse à conductivité thermique élevée. Comparez la température du composant ou l’impédance thermique dans des conditions aux limites identiques.

Il s’agit de différentes échelles de dureté par indentation, utilisées pour des matériaux de souplesses différentes ; leurs valeurs ne sont donc pas directement interchangeables. Les matériaux de comblement d’interstices très souples utilisent souvent l’échelle Shore 00, tandis que les feuilles plus fermes, de type caoutchouc, peuvent utiliser l’échelle Shore A. La dureté n’est qu’une valeur de présélection et ne remplace pas les données de compression-déflexion.

L’empilage crée une interface thermique supplémentaire, augmente la tolérance d’épaisseur et permet aux couches de se déplacer indépendamment. Il peut également entraîner une répartition de pression difficile à prévoir. Un seul pad à la bonne épaisseur ou un autre matériau de comblement d’interstices est généralement plus facile à maîtriser. Si l’empilage est inévitable, validez la configuration multicouche exacte.

Une couche d’adhésif sensible à la pression ajoute de la matière et une interface supplémentaire, ce qui peut affecter la résistance thermique. L’ampleur de cet effet dépend de l’adhésif, de son épaisseur, de son taux de couverture, de la pression et de la surface. Utilisez PSA uniquement lorsque son intérêt pour la mise en place le justifie, et testez l’assemblage multicouche tel qu’il est livré.

Le tack naturel correspond à l’adhérence superficielle du tampon en silicone et peut favoriser le mouillage ou le positionnement temporaire. PSA est une couche adhésive distincte sensible à la pression, destinée à maintenir le tampon sur une surface. Il ne faut considérer ni l’un ni l’autre comme assurant le serrage structurel final nécessaire au maintien de la compression.

En règle générale, non. L’adhérence naturelle et le support courant PSA servent principalement à faciliter le positionnement, et non à assurer le maintien structurel d’un dissipateur thermique soumis aux chocs, aux vibrations, à la gravité et aux cycles de température. La conception finale doit utiliser des vis, des clips, des ressorts, un couvercle ou un autre système mécanique qualifié afin de maintenir la compression. Si un collage permanent est requis, il convient d’évaluer un adhésif thermiquement conducteur, ainsi que les contraintes, les exigences de reprise et de polymérisation qui en résultent.

Le renfort est utile lorsqu’un matériau mince ou souple doit résister à la découpe à l’emporte-pièce, à la manipulation, à la perforation, au cisaillement ou à des assemblages répétés. Il peut améliorer la stabilité dimensionnelle autour des trous et des éléments de fixation. En contrepartie, un support peut réduire la capacité d’adaptation locale ou modifier le comportement en compression ; il convient donc de tester la construction complète.

Les formulations de silicone peuvent présenter différents niveaux d’exsudation d’huile, de migration ou de perte de volatils sous l’effet de la chaleur et de la pression. Les composants optiques, contacts, relais, revêtements ou surfaces cosmétiques sensibles peuvent nécessiter un silicone à faible exsudation ou un matériau sans silicone. Définissez une limite mesurable et testez le pad exact après un vieillissement pertinent.

Envisagez des pads sans silicone lorsque la contamination par les siloxanes, le dégazage, les défauts de revêtement, les contacts électriques ou les exigences des clients rendent le silicone inadapté. Comparez la plage de températures, la souplesse, l’épaisseur, les performances thermiques, le coût et le comportement à long terme. Voir Différences entre les pads thermiques en silicone et sans silicone.

La réutilisation dépend de la déformation rémanente, de la résistance à la déchirure, de la contamination, du poisseux de surface, de la structure du film et de la capacité du pad à reprendre sa position et sa compression initiales. Un pad qui semble intact peut ne plus présenter la même épaisseur ni le même contact. Définissez des critères d’inspection ; les assemblages critiques pour la sécurité ou la fiabilité nécessitent généralement un remplacement.

La relaxation des contraintes correspond à la diminution de la force lorsque le pad reste comprimé à épaisseur constante. La compression rémanente décrit la récupération incomplète du pad après suppression de la charge. La relaxation peut réduire les contraintes à long terme exercées sur les composants, mais l’interface doit conserver un contact suffisant ; la compression rémanente peut limiter la réutilisation ou le contact après la réouverture d’un couvercle. Ces deux phénomènes doivent être évalués à la température, pendant la durée de maintien, avec le taux de compression et selon la séquence de vieillissement prévus.

Conserver les pads dans leur emballage d’origine scellé, conformément aux conditions de température, d’humidité et de durée de conservation spécifiées par le fournisseur. Protéger les films protecteurs et les surfaces de la poussière, de l’huile, des UV, de la déformation sous pression et des dommages sur les bords. Appliquer une gestion par lot et le principe du premier entré, premier sorti (FIFO), et requalifier tout matériau dépassant les limites de stockage ou d’exposition.

Les pads peuvent être prédécoupés à mi-chair sur un support, découpés pleine épaisseur en pièces individuelles, fournis en feuilles ou en rouleaux, et dotés de languettes ou de liners. L’outillage dépend de l’épaisseur, de la souplesse, du support et de la géométrie. Des rayons de congé et des largeurs de pont adaptées améliorent le rendement et l’intégrité des pièces ; les dimensions critiques nécessitent une méthode de contrôle convenue.

Fournissez le plan d’interface, l’écart min./nom./max., la planéité, la charge thermique, la surface de contact, la limite de refroidissement, la limite de pression, les exigences électriques et environnementales, la géométrie de la pièce, le format du revêtement ou de la languette, la quantité d’échantillons et le volume prévisionnel. Identifiez clairement les estimations afin de pouvoir les affiner pendant les essais.