Attualmente in svariate applicazione elettroniche vengono utilizzati in gran numero componenti con diversa altezza di packaging. Durante il funzionamento questi componenti dissipano calore e, al fine di evitare surriscaldamenti, danneggiamenti o una sensibile riduzione della loro vita operativa, vengono sfruttate le buone proprietà termoconduttive dei gap filler e dei gap pad elastomerici. Grazie alla loro struttura morbida ed elastica, essi compensano le differenti altezze tra i diversi componenti, permettendo di collegarli termicamente in parallelo ad un medesimo dissipatore o al case metallico. Inoltre minimizzano la resistenza termica tra i componenti elettronici e il dissipatore, proteggendo il sistema da surriscaldamenti o precoce invecchiamento. Grazie alla loro elesticità, possono anche attenuare le vibrazioni, se presenti nell’applicazione.

I materiali che compongono i gap filler e i gap pad termoconduttivi sono determinati in base alla conducibilità termica ed al tipo di contatto termico richiesto nella specifica applicazione. Ci sono inoltre altri aspetti da considerare, come le proprietà di isolamento elettrico e la massima temperature operativa. Le dimensioni in gioco e il budget di spesa disponibile hanno anch‘essi un ruolo. La maggior parte dei prodotti sono basati su elastomeri siliconici, caricati con filler termoconduttivi, di norma polveri ceramiche composte da ossido di alluminio, ossido di zinco o nitruro di boro. Tra i siliconi, ci sono polimeri a rilascio minimo di silossani volatili (LV), che hanno un ruolo importante nella protezione per i contatti elettrici e nel non inibire la verniciatura (LABS / PWIS).

HALA può offrire sia materiali siliconici a basso rilascio di silossani, sia prodotti al 100% privi di silicone.

I gap filler dispensabili sono disponibili come compound monocomponenti (1C) oppure come bicomponenti (2C).

I materiali monocomponenti sono paste termoconduttive altamente viscose che rimangono tali permanentemente e che, una volta dispensati, manifestano un comportamento tixotropico. Possono essere applicati sia tramite attrezzatura automatica di dispensatura sia manualmente.

Nel caso dei gap filler bicomponenti, i due componenti sono contenuti in due cartucce o fusti separati e, nel caso di applicazioni con elevati volumi in linea produzione automatica, vengono pompati e miscelati solo immediatamente prima della dispensatura. Appena depositato, il materiale avvia e completa in un tempo determinato la sua polimerizzazione. Va considerato che i sistemi di dispensatura automatica comportano investimenti. Per applicazioni a bassi volumi è da preferire la dispensatura manuale. Questi materiali sono adatti a compensare tolleranze e interspazi molto elevati, anche con geometrie fuori dal piano. Per entrambe le tipologie di gap filler, non essendoci pressione nell’interfaccia termica i componenti non vengono sottoposti a stress meccanici.

Normalmente i gap filler vengono utilizzati laddove la distanza tra i componenti elettronici e il dissipatore è ampia e la differente altezza dei componenti rendono difficile la loro connessione termica al dissipatore. Tipiche applicazioni sono:

– nel settore automotive (ad es. sistemi di informazione ed intrattenimento, unità di controllo e regolazione, controllori a più canali, servomotori, semiconduttori di potenza, batterie stazionarie e per la mobilità elettrica)

– nei settori industriali e IT (ad es. notebook, computer industriali, router, server, memorie, schede grafiche, fotocamere ad alta velocità, sensoristica)

– alimentatori di potenza (ad es. inverter, induttanze)

– tecnologie medicali

– elettronica di consumo

Se nel range di prodotti Hala, non ci fosse quello adatto a una particolare applicazione, possiamo supportare i nostri clienti a trovare o a sviluppare un nuovo prodotto adatto ai requisiti richiesti.

Una distinzione basilare va fatta tra i gap filler liquidi o pastosi e i gap pad elastomerici solidi. Per ciascuno di questi ci sono differenti versioni, che differiscono principalmente per la conducibilità termica e la loro adattabilità quando compressi.

Nel range Hala c‘è il materiale termoconduttivo adatto per quasi tutte le necessità: morbidi, ultramorbidi, elastici o a deformazione plastica, appiccicosi su uno o su entrambe le facce, rinforzati con laminato in fibra di vetro, elettricamente gap filler isolanti con microparticelle vetrose sono alcune delle tipologie disponibili. In aggiunta ai prodotti classici basati su polimeri siliconici elastici, offriamo anche gap pad senza silicone e a basso rilascio di silossani (LV), che vengono utilizzati quando la presenza di silicone è critica o addirittura da evitare.

I materiali termoconduttivi che sono applicati in forma fluida sono chiamati gap filler. Nella maggioranza dei casi, il compound termoconduttivo viene formato dalla miscelazione di due componenti in un sistema di dosatura e dispensatura. Serve quindi disporre di un sistema di dispensatura adatto alla specifica applicazione. I gap filler bicomponenti polimerizzano per addizione a temperatura ambiente. La polimerizzazione può essere accelerata aumentando la temperatura. In alternativa ci sono gap filler monocomponenti pastosi che non polimerizzano. Dato che utilizzando materiali termoconduttivi fluidi mono o bicomponenti nessuna o pochissima pressione viene esercitata durante l’assemblaggio, questi materiali sono la soluzione ideale per componenti elettronici meccanicamente sensibili come FPGA, BGA, moduli amplificatori, CPU, etc. Compensando perfettamente le discontinuità tra le superfici a contatto essi consentono un efficiente trasferimento termico tra componenti e dissipatore.

I gap pad o anche pad flessibili sono morbidi fogli elastici con buone proprietà di trasmissione del calore e di comportamento alla compressione meccanica. Essi compensano efficacemente le differenti altezze dei componenti e hanno la stessa composizione dei gap filler liquidi. I pad termoconduttivi vengono ritagliati con grande precisione da fogli più grandi, utilizzando plotter automatici o macchine fustellatrici, per essere poi utilizzati compressi allo spessore desiderato durante l’assemblaggio, creando un contatto permanente tra i componenti elettronici e il dissipatore, garantendo in modo affidabile il trasferimento del calore. Data la costante presenza di compressione, i gap pad più duri non sono adatti ad essere utilizzati con componenti elettronici molto sensibili alla pressione.

Grazie a un processo avanzato, Hala può adattare nelle tre dimensioni alcuni dei suoi gap pad per assicurare attraverso un unico pad una connessione termica “multipiano“ e che non esercita pressioni elevate. Questo perchè la forma del pad viene ottenuta con precisione in base alle tolleranze e agli spessori richiesti nella specifica applicazione.

In genere i gap pad moderni sono realizzati con elastomeri siliconici di elavata qualità, caricati con particelle ceramiche. Ma alcune applicazioni sono sensibili all’utilizzo di silicone o all‘inevitabile rilascio di sostanze volatile (silossani). Questo è ad esempio il caso di commutatori, relay e contatteria sensibile. In tali applicazioni c’è un rischio latente di condensa e deposito sui contatti che potrebbe aumentare la resistenza elettrica e portare a malfunzionamenti o guasti, in quanto il silicone può essere convertito in diossido di silicio elettricamente isolante. Il rilascio di sostanze gassose da silicone è in genere da evitare nella produzione automotive in quanto inibisce un’adesione ottimale delle vernici. Per tali applicazioni sono stati sviluppati gap pad privi di silicone o con rilascio minimo di silossani, senza alcuna repelenza alla verniciciatura (LABS / PWIS). Hala offre questa tipologia di pad con spessori fino a cinque millimetri e oltre. Cong li elastomeri ultra-soffici, è sufficiente una pressione molto bassa per garantire un ottimo contatto termico. Diverse formulazioni e tipi di filler raggiungono conducibilità termiche fino a 10 W/mK.

Esistono numerosi siti online che offrono materiali termoconduttivi. Molti di questi sono pensati per servire l‘utenza privata che compra gap filler o gap pad in modeste quantità. La maggior parte inoltre offre versioni standard pre-sagomate che non rispondono a requisiti tecnici specifici e perciò non possono rappresentare una soluzione ottimale. Per l’utenza professionale va inoltre garantito che la soluzione scelta sia disponibile nel lungo termine e scalabile nel prezzo per volumi crescenti di produzione e un controllo di Qualità sia rigorosamente e costantemente applicato. In Hala garantiamo queste opzioni di acquisto ed in più, lavorando con noi, puoi beneficiare di un valido e continuativo supporto tecnico che ha come obiettivo una gestione termica ottimizzata del tuo progetto.

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