Pâte thermique ou mastic de comblement : est-ce la même chose ?

Placez deux matériaux thermiques gris côte à côte : ils peuvent sembler identiques. Un fournisseur appelle le sien un mastic thermique. Un autre parle de matériau de remplissage d’espace thermique. S’agit-il du même produit ?

Souvent, oui — mais pas toujours. Le mastic thermique est généralement un type de matériau de remplissage d’espace thermique. Boule-trou est plus large. Il peut désigner du mastic, un gel monocomposant, un composé de durcissement bicomposant ou un pad souple. Les fournisseurs n’emploient pas ces appellations de manière uniforme.

Imaginez que “ gap filler ” désigne le pain et “ putty ” une variété de pain. Le nom de la famille indique la fonction générale. Il ne précise ni la formulation, ni le mode d’application du matériau, ni ce qui se passe après sa mise en place.

L’étiquette ne doit pas déterminer le choix final. Les véritables questions concernent le jeu, le durcissement, le processus d’assemblage et la fiabilité à long terme.

Même tâche, niveau de signification différent

A thermal gap filler bridges space between a hot component and a heat sink, housing, chassis or cold plate. It pushes out air, improves contact and gives heat a useful path to follow.

Le mastic thermique désigne un matériau de cette famille par son comportement. Il est souple, conformable et suffisamment épais pour mieux conserver sa forme qu’une graisse. De nombreuses formulations ont une consistance proche de celle de la pâte à modeler et épousent les composants irréguliers sous une faible pression.

Tous deux appartiennent à la grande famille des matériaux d'interface thermique, ou matériaux d’interface thermique (TIM). La confusion vient du fait que les fabricants emploient le terme “ gap filler ” dans trois sens différents :

1. Comme terme générique désignant tout matériau déformable qui comble un interstice visible.
2. Désignation abrégée d’un gel thermique liquide ou déposable.
3. Comme nom de catégorie de produits pour un composé bicomposant qui durcit après dépose.

“ Putty ” peut désigner un matériau modelable à la main, une feuille préformée ou un produit à haute viscosité en seringue. Haktak’s Pâte thermique pour espaces irréguliers entre composants électroniques fait partie de la vaste famille des matériaux de comblement d’interstices.

Les termes se recoupent, mais ils ne sont pas des synonymes fiables. Acheter en se fiant au nom revient à commander de la “ peinture ” sans demander si elle nécessite un durcisseur. L’objectif général est le même, mais le procédé peut être différent.

Thermal Putty, 1K Gel and 2K Gap Filler Side by Side

La comparaison la plus claire n’est pas celle entre le mastic et le matériau de remplissage, comme s’ils appartenaient à deux camps opposés. Il s’agit plutôt de comparer un matériau de type mastic, un matériau monocomposant dosable et un matériau bicomposant à durcissement.

A Gamme de matériaux de comblement d’interstices thermoconducteurs peuvent prendre plusieurs formes. Consultez la fiche technique et le guide de mise en œuvre.

A gel thermique monocomposant arrive prêt à être dosé. Sans ratio A/B ni mélangeur statique, les essais et l’automatisation peuvent être plus simples.

A gel thermique de post-cuisson ajoute une étape, mais le durcissement contribue à empêcher les déplacements dans les assemblages verticaux, soumis aux vibrations ou aux cycles thermiques.

Le mastic se situe entre ces modes de mise en œuvre. Il peut être mis en forme, dosé ou fourni en feuille. Des produits similaires peuvent porter des noms différents. Les spécifications permettent de trancher plus efficacement que le marketing.

De quoi ces matériaux sont-ils faits ?

La plupart des mastics thermiques et des gels de comblement utilisent une matrice polymère chargée de particules thermoconductrices. La matrice détermine la souplesse, l’écoulement, l’adhérence et le comportement dans l’environnement. Les particules de charge créent davantage de chemins permettant à la chaleur de circuler à travers le polymère.

Matrice en silicone ou sans silicone

Le silicone est courant, car il reste flexible sur une plage de températures utile et permet un contact sous faible pression autour des PCB, des joints de soudure et des composants de hauteurs différentes.

Le silicone n’est pas adapté à toutes les applications. L’exsudation d’huile ou la migration d’espèces mobiles peut préoccuper les concepteurs à proximité d’optiques, de relais, de contacts, de revêtements ou de zones destinées à un collage ultérieur. Une formulation sans silicone peut réduire ce risque, mais cela ne signifie pas automatiquement qu’elle est meilleure. Vérifiez l’ensemble de la formulation.

Charges thermoconductrices

L’alumine offre un compromis entre le coût, les performances thermiques et l’isolation. Le nitrure de bore peut combiner des propriétés thermiques et diélectriques. Le nitrure d’aluminium répond à des exigences plus élevées, avec des compromis en matière de coût et de mise en œuvre.

La taille, la forme et le taux de charge des particules sont déterminants. Une plus grande quantité de charge peut accroître la conductivité, mais aussi la densité, la rigidité et la force nécessaire au dosage. Les particules abrasives peuvent user les pompes et les buses. Ce n’est jamais simplement “ plus de poudre = meilleur résultat ”.”

Les produits chargés de métal peuvent conduire l’électricité. Même un matériau chargé de céramique ne doit pas être considéré comme sûr à proximité de hautes tensions tant que la rigidité diélectrique et la résistivité volumique n’ont pas été vérifiées pour l’épaisseur concernée et après vieillissement.

Comment la chaleur traverse réellement l’intervalle

La conductivité thermique affiche le chiffre le plus important sur une fiche technique, car elle est facile à comparer. Le refroidissement réel est moins simple.

Une interface présente une résistance de volume, ainsi qu’une résistance au niveau de chacune de ses surfaces. Les vides et un mauvais contact en ajoutent davantage. Les performances dépendent de la conductivité, de la surface de contact et de épaisseur des liaisons (BLT).

Pour une couche simple et homogène, la résistance de volume peut être approximée comme suit :

R ≈ t / (k × A)

Voici, t est l'épaisseur, k est la conductivité et A désigne la surface. Cela ne tient pas compte de tous les effets de contact.

Cela met néanmoins en évidence le point essentiel : une couche à k élevé appliquée avec une épaisseur trois fois supérieure crée un trajet thermique plus long. C’est une voie plus rapide, mais avec un énorme détour. Une interface plus fine à k inférieur, mais continue, peut s’avérer plus performante.

Les mastics souples et les gels comblent les irrégularités et les variations de hauteur sous une faible pression, ce qui réduit la charge exercée sur les BGA, les joints de soudure et les cartes minces. Une quantité excessive de matériau augmente néanmoins BLT, est expulsée et peut empêcher d'autres surfaces de s'asseoir correctement.

C'est pourquoi conductivité thermique et impédance thermique doivent être lus ensemble. Demandez la pression d'essai, la température, l'état de l'éprouvette et l'épaisseur finale. Une simple valeur en W/mK ne raconte que la moitié de l'histoire.

Quel matériau convient à l'assemblage que vous avez réellement ?

Commencez par le matériel et le mode de production. Choisissez ensuite la forme du matériau.

Choisissez un matériau de type mastic lorsque

Le mastic est une solution particulièrement adaptée lorsque la hauteur des composants varie ou que l’épaisseur de l’interstice est difficile à mesurer. Il convient bien autour de pièces de forme irrégulière et dans les assemblages soumis à une faible pression. Il est également adapté aux opérations de maintenance lorsque l’interface doit pouvoir être rouverte.

L’application manuelle peut convenir aux réparations. En production, la quantité doit être contrôlée par la masse, le volume ou la géométrie de la préforme. “ Ajouter une noisette jusqu’à obtenir le bon résultat ” ne constitue pas une spécification de procédé.

Choisissez un matériau monocomposant pouvant être dosé lorsque

Un gel 1K permet de déposer des cordons réguliers sans mélange. Les essais peuvent être réalisés à la seringue avant de passer à une dépose automatisée. Une modification de la configuration peut nécessiter une nouvelle trajectoire de dépose plutôt qu’un nouvel outillage de découpe à l’emporte-pièce.

Le cordon doit sortir de la buse, rester en place et s’étaler lors de la fermeture. La température, le diamètre de la buse, la vitesse et le conditionnement influencent ces trois aspects.

Choisir un mastic de remplissage bicomposant lorsque

Un matériau 2K convient aux interfaces nécessitant une meilleure résistance à l’affaissement, aux vibrations ou aux mouvements. Il épouse d’abord les surfaces, puis durcit en élastomère souple.

Cette stabilité implique de contrôler le ratio, le mélange, la durée de vie en pot et le durcissement. Si les conditions de service sont importantes, testez le retrait dès le début. Une interface parfaitement durcie peut être difficile à réparer.

N’utilisez pas un matériau de comblement de jeu pour une application en pâte

La graisse et la pâte conviennent aux interfaces fines et serrées. Un spreader CPU ou une puce nue GPU nécessite généralement ce comportement, et non un mastic épais. La pâte ne doit pas combler un jeu visible ; elle peut se déplacer ou être expulsée.

Lorsque l’écart est prévisible et qu’une mise en place propre est importante, un pad thermique préformé peut être la meilleure solution. Même objectif de transfert thermique, problème mécanique différent.

Applications et secteurs : même famille, priorités différentes

La désignation importe moins dès qu’il faut considérer un assemblage réel.

Réparation de GPU, VRAM et VRM. La pâte peut épouser les composants mémoire et de puissance qui se trouvent à des hauteurs légèrement différentes. C’est pratique lorsque plusieurs épaisseurs de pads d’origine sont inconnues. Mais une quantité excessive de pâte peut empêcher le refroidisseur de se positionner correctement sur la puce GPU. Le cœur peut alors fonctionner à une température plus élevée, même si le contact avec VRAM semble bon.

Onduleur de véhicule électrique ou électronique de batterie. Un matériau conformable de comblement des interstices peut assurer le couplage entre des MOSFET, des cartes de commande ou l’électronique d’une batterie et un boîtier ou une plaque froide. Dans ce cas, le comportement diélectrique, les vibrations, les cycles de température et la dépose automatisée importent davantage que l’appréciation tactile du mastic par un technicien.

Équipements radio de télécommunications et modules d’alimentation extérieurs. Ces assemblages peuvent être installés à la verticale, être étanches et subir de fortes variations de température. Un matériau non durcissant peut convenir, mais l’affaissement, l’exsudation d’huile et les mouvements à long terme doivent faire l’objet d’essais rigoureux. Un système de polymérisation peut offrir une géométrie plus stable.

Serveurs et accélérateurs d’IA. Un flux thermique élevé rend coûteux tout excès de BLT ainsi que les petites poches d’air. La répétabilité de la production est essentielle sur les grandes cartes et dans les zones à forte densité de composants. La stratégie de maintenance compte également. Un matériau de remplissage qui assure un excellent contact initial, mais complique le remplacement sur site, n’est peut-être pas le meilleur choix pour le système.

Cette logique vaut également pour les LED, les variateurs de moteurs, les alimentations, ADAS, les SSD et les composants optiques. Définissez d’abord le jeu et le procédé.

Problèmes qui apparaissent après la première mesure de température correcte

Une température initiale peut sembler correcte alors que des problèmes se développent. Les cycles, les vibrations et le vieillissement révèlent ce qu’un bref essai au banc ne permet pas de détecter.

Le phénomène de pump-out résulte des cycles et des variations de pression. L'affaissement correspond au déplacement sous l'effet de la gravité. Le ressuage d'huile est la séparation d'un liquide du composé. Ces phénomènes sont liés, mais il ne s'agit pas de la même défaillance.

Plus dur ne signifie pas toujours plus sûr : la rigidité transfère les contraintes aux composants. Les solutions peuvent consister à modifier le cordon, à réduire la portée non supportée, à maîtriser la polymérisation ou à ajouter un confinement mécanique.

Les normes sont utiles, mais l’assemblage final doit tout de même être conforme

Les normes d’essai facilitent la comparaison des données. Elles ne déterminent pas le matériau à choisir.

ASTM D5470-17(2024) couvre l’impédance thermique et la conductivité apparente des matériaux, depuis les composés visqueux jusqu’aux solides viscoélastiques. La comparaison n’est pertinente que si l’épaisseur, la pression et la température sont indiquées. Le flux thermique idéalisé de cette méthode ne reproduit pas celui de la plupart des assemblages finis.

ASTM D149 est couramment utilisée pour mesurer la rigidité diélectrique, tandis que ASTM D257 traite de la résistance en courant continu ou de la conductance des matériaux isolants. Ces normes sont pertinentes lorsque le matériau de comblement doit également assurer l’isolation électrique.

UL 94 classe la réaction des éprouvettes polymères lors d’essais à la flamme contrôlés. Un classement V-0 peut être important, mais il ne constitue pas une homologation générale de sécurité incendie pour le dispositif fini.

ASTM E595 sert souvent de référence pour le dégazage sous vide ou les applications sensibles à la contamination. La documentation relative à RoHS et à REACH couvre les substances réglementées et les obligations chimiques, mais aucune ne démontre une faible résistance thermique.

Le guide de Haktak normes communes de test TIM couvre davantage de méthodes. Comparez ce qui est comparable : pression, BLT, conditionnement et résultats des variations de température. Testez ensuite l’assemblage réel après cyclage.

Une meilleure méthode pour comparer les fiches techniques des fournisseurs

Les noms de produits ne constituent pas une spécification fiable. Posez plutôt les questions suivantes :

1. Le matériau est-il non durcissant, prédurci ou réactif après mélange ?
2. Est-il fourni en un composant, en deux composants, sous forme de préforme ou de feuille ?
3. Quel jeu minimal, nominal et maximal doit-il combler après cumul des tolérances ?
4. Quelle méthode a permis d’obtenir la valeur en W/mK, et quelle impédance thermique est indiquée dans les conditions prévues pour BLT et la pression ?
5. Que nous apprennent les données de viscosité, de débit, de comportement à la limite d’écoulement et d’affaissement sur la mise en œuvre ?
6. Pour le matériau réactif, quels sont le ratio de mélange, la durée de vie en pot, le temps ouvert et le cycle de polymérisation ?
7. Des documents relatifs à la rigidité diélectrique, à l’inflammabilité, au dégazage ou aux substances réglementées sont-ils requis ?
8. Que se passe-t-il après des cycles thermiques, des vibrations, un vieillissement à haute température et une exposition à l’humidité ?
9. Le matériau peut-il être retiré proprement, et la maintenance sur site fait-elle partie du plan produit ?

Les pages des fournisseurs illustrent ce chevauchement. Celles de Laird guide des matériaux liquides de comblement d’interstices décrit les matériaux de comblement d’interstices liquides comme des mastics, tout en les distinguant des feuilles de comblement d’interstices solides. Cela ne signifie pas que tous les mastics et matériaux de comblement sont identiques. Cela montre pourquoi les spécifications sont importantes.

De l’échantillon à une production fiable

Mesurez les jeux minimal, nominal et maximal en tenant compte des tolérances du composant, de PCB, du boîtier et des fixations. Définissez la charge admissible, puis sélectionnez les formes qui couvrent la géométrie sans surépaisseur.

Appliquez une quantité contrôlée. Vérifiez la couverture, les débordements et la mise en place. Relevez la température sous une charge reproductible, effectuez les cycles, les vibrations ou le vieillissement prévus, puis testez à nouveau.

Transmettez aux fournisseurs le plan, la source de chaleur, la surface de contact, la plage de jeu, la température cible, l’orientation, la pression, l’équipement, les besoins en maintenance, le volume et le plan de fiabilité.

Haktak support pour la sélection des matériaux et les essais peut réduire le champ des paramètres chimiques et de procédé avant les essais. Un prototype réussi est encourageant. Des milliers d’unités stables constituent l’objectif final.

Conclusion

La pâte thermique est généralement un type de matériau de comblement d’interstice thermique, et ces deux appellations peuvent désigner le même produit dans certains catalogues. Toutefois, le matériau de comblement d’interstice constitue une catégorie plus large. Il peut également s’agir d’un gel monocomposant distribué par dosage, d’un composé bicomposant polymérisant ou d’un autre matériau de comblement d’interstice conformable.

Alors, lisez l’étiquette en dernier. Commencez par l’épaisseur de l’interface une fois assemblée, la limite de contrainte du composant, BLT, la rhéologie, le comportement lors de la polymérisation, le procédé de dépose et les exigences de service. Comparez les données d’essai dans des conditions équivalentes, puis validez l’ensemble du dispositif après vieillissement. Cette approche est moins séduisante que de choisir le chiffre de W/mK le plus élevé. Elle a aussi bien plus de chances de maintenir le matériel au frais.

Foire aux questions

Le mastic thermique est-il un matériau de remplissage des espaces thermiques ?

En général, oui. Le mastic thermique est généralement un sous-type souple et malléable de la famille des matériaux de comblement thermique. Cette catégorie plus large peut également inclure des gels monocomposants, des composés bicomposants durcissables et des pads souples préformés. Vérifiez la forme du produit et son comportement lors du durcissement, car les fournisseurs n’emploient pas tous cette terminologie de manière cohérente.

Le mastic thermique est-il la même chose que le gel thermique ?

Les deux termes peuvent se recouper, mais leur dénomination indique souvent un mode de manipulation différent. « Putty » désigne généralement un matériau plus épais et modelable. « Gel » désigne souvent un produit pouvant être distribué à l’aide d’une seringue ou d’un système automatisé. Certains fournisseurs utilisent les deux termes pour une même qualité ; la viscosité, la fluidité et les instructions d’application sont donc plus importantes que la dénomination.

Quelle est la différence entre un matériau de comblement thermique monocomposant et un matériau de comblement thermique bicomposant ?

Un mastic monocomposant est fourni prêt à l’emploi et évite généralement le mélange ainsi que le contrôle du rapport de mélange nécessaire au durcissement. Un mastic bicomposant associe une résine et un durcisseur, puis durcit après sa dépose. La forme durcie peut améliorer la stabilité, mais la production doit maîtriser le rapport de mélange, le mélange, la durée de vie en pot, le temps ouvert et les conditions de durcissement.

La colle thermique peut-elle remplacer un coussin thermique ?

Parfois. Le mastic thermique s’adapte mieux aux espaces irréguliers ou aux composants de différentes hauteurs qu’un pad d’épaisseur fixe. Un pad peut toutefois être préférable pour une manipulation propre, une épaisseur maîtrisée et une pose rapide. Remplacer l’un par l’autre modifie la compression et l’appui ; vérifiez donc le contact avec chaque composant à refroidir.

Le mastic thermique peut-il remplacer la pâte thermique sur une puce CPU ou GPU ?

En général, non. CPU et GPU sont généralement des interfaces de puce minces et fortement comprimées, ce qui convient à la graisse thermique ou au matériau à changement de phase. Le mastic est destiné à combler des espaces plus importants ou irréguliers. Une couche épaisse de mastic peut augmenter la résistance thermique ou empêcher le refroidisseur de s’appuyer correctement.

Le mastic thermique doit-il durcir ?

De nombreuses pâtes thermoconductrices ne durcissent pas ou sont fournies pré-durcies : elles restent donc souples et peuvent permettre des reprises. Toutefois, la terminologie varie et certains matériaux de remplissage d’interstices de type pâte durcissent après application. Vérifiez la fiche technique, le guide de mise en œuvre et les conditions de durcissement requises avant utilisation.

Quelle épaisseur de jeu la pâte thermique peut-elle combler ?

Il n’existe pas de plage universelle sûre. Les capacités dépendent de la formulation, de l’orientation, de la portée non soutenue, de la pression et des conditions de fiabilité. Utilisez la plage de jeu qualifiée par le fournisseur ou la plage BLT, puis testez les jeux assemblés minimal et maximal. Évitez d’ajouter de l’épaisseur simplement parce que le matériau peut être moulé de cette manière.

La pâte thermique est-elle électriquement conductrice ?

De nombreux mastics à base de silicone et de céramique sont électriquement isolants, mais ce n’est pas le cas de toutes les formulations. Les qualités chargées en métal peuvent conduire l’électricité, et les performances diélectriques peuvent varier en fonction de l’épaisseur, des vides et du vieillissement. Vérifiez la rigidité diélectrique et la résistivité volumique plutôt que de vous fier à la couleur ou à la texture.

La pâte thermique peut-elle être expulsée par pompage, se dessécher ou exsuder de l’huile ?

Cela dépend de la formulation et de l’application. Les températures élevées, les cycles thermiques, les vibrations, la pression et l’orientation peuvent provoquer des déplacements ou une séparation. Évaluez séparément le pump-out, l’affaissement, le ressuage d’huile et le séchage. Les températures initiales à elles seules ne permettent pas de déterminer si l’interface restera stable pendant toute la durée de vie du produit.

Pour une production automatisée, quel est le meilleur choix : un mastic ou un matériau de comblement d’interstice dispensable ?

Un matériau de comblement d’interstice monocomposant ou bicomposant pompable est généralement plus facile à doser avec un équipement automatisé. Certains mastics à haute viscosité peuvent également être déposés, mais le débit et l’usure de l’équipement doivent être validés. Le meilleur choix dépend du contrôle du cordon, du temps de cycle, des besoins de polymérisation, de la reprise et des capacités de la ligne — et non de la catégorie du produit.