Il n'existe pas de matériau “ idéal ” pour dissiper la chaleur de toutes les cartes ou batteries. Le choix optimal dépend de l'espace à combler, de l'isolation électrique requise au niveau de la jonction et des méthodes de fabrication et de maintenance. Avec des puces, des modules de puissance et des batteries pour véhicules électriques/systèmes de stockage d'énergie (VE/ESS) toujours plus compacts et capables de fournir une puissance accrue, la chaleur doit traverser l'interface entre la source de chaleur et son dissipateur thermique ou plaque froide plus rapidement que jamais. Cet article compare quatre familles de matériaux couramment utilisées : film silicone, graisse silicone, gel et adhésif d'enrobage, également fournies par Trumonytechs. Il ne s'agit pas d'une classification exhaustive des matériaux d'interface ; les produits de remplissage d'espace, les matériaux à changement de phase, les rubans et les pâtes thermiques de soudure ne sont donc pas abordés. De même, la conception des circuits de refroidissement liquide actifs et les spécifications techniques de modèles spécifiques ne sont pas traitées.
Pourquoi les matériaux d'interface thermique sont-ils supérieurs à l'entrefer ?
Une jonction métal-métal nue chauffe à cause de l'air emprisonné, et non à cause des métaux eux-mêmes. Même un dissipateur thermique usiné et un composant plat ne se touchent qu'en des points microscopiques, de sorte que seule une fraction de la surface de contact nominale est réellement en contact, le reste demeurant un vide rempli d'air. L'air ne conduit la chaleur qu'à environ 0,024 W/(m·K), donc ces vides dominent la résistance thermique de contact et entravent le passage de la jonction au liquide de refroidissement. matériau thermoconducteur elle déplace cet air et crée un pont entre les deux surfaces, réduisant ainsi la résistance interfaciale créée par l'air emprisonné.
La conductivité est la valeur principale, mais elle doit être considérée comme une comparaison effectuée selon une méthode commune, et non comme une garantie. Les fournisseurs indiquent généralement des valeurs mesurées selon la norme ASTM D5470, qui définit la méthode de calcul de l'impédance thermique et de la conductivité apparente. Sans cette base commune, deux matériaux présentant la même conductivité peuvent se comporter différemment dans un joint réel. Ce que l'utilisateur contrôle, c'est la résistance totale à travers la ligne de collage. Une couche mince et bien mouillée, de conductivité modérée, peut être plus performante qu'une couche épaisse et mal appliquée d'un composé de conductivité supérieure. Il est donc essentiel de vérifier l'état réel de la ligne de collage et de la surface avant de se fier à une fiche technique.
Quatre matériaux d'interface et leur rôle respectif
Les quatre familles comparées ici sont classées selon leur facteur de forme, qui détermine l'adéquation d'un matériau à un joint. Les films et les coussinets sont des solides préformés, la graisse est une pâte fluide, le gel est un semi-solide souple et non fluide, et l'adhésif d'enrobage durcit pour former une masse protectrice rigide. Cet article traite de ces quatre familles, et non de l'ensemble des matériaux d'interface disponibles sur le marché. Le tableau constitue un premier filtre ; la section suivante établit un ordre de sélection.
| Matériau | Formulaire | Coupe typique | Attention |
|---|---|---|---|
| Film/coussinet en silicone | Feuille préformée, découpée aux dimensions | Assemblage reproductible ; les coussinets pré-polymérisés couvrent généralement des espaces de ~0,25 à 5 mm | Nécessite la fenêtre de compression appropriée |
| graisse silicone | Pâte fluide, joint très fin | Joints plats à haute planéité comme les couvercles de processeurs/cartes graphiques ou de modules d'alimentation | Vidangez et séchez pendant le cycle |
| gel thermique | Semi-solide mou et non coulant | Vides irréguliers et jeux de tolérance empilés sans serrage rigide | Volume de distribution ; contrôle du durcissement pour les qualités durcissables |
| Colle d'enrobage | Durcit les matériaux rigides, généralement à base d'époxy. | Étanchéité, fixation et protection des assemblages | Peu ou pas de retouches une fois guéri. |
Film de silicone thermoconducteur
La répétabilité sur de nombreuses unités est le principal atout des films ou coussinets préformés. Ces feuilles de silicone chargées de particules d'oxyde métallique peuvent être découpées aux dimensions voulues et positionnées manuellement ou automatiquement, garantissant ainsi des joints réguliers d'une unité à l'autre. Les coussinets pré-polymérisés couvrent généralement des espaces de 0,25 à 5 mm environ. Une couche préformée n'est performante que dans sa plage de compression ; il est donc important de considérer la pression de montage comme un paramètre de conception et de vérifier les caractéristiques spécifiques de chaque produit plutôt que de se fier à la catégorie. Trumonytechs propose ce type de produit. film silicone thermoconducteur.
Graisse silicone thermoconductrice
La graisse est idéale pour les joints les plus plats et les plus fins, où une couche quasi sans joint peut être déposée. De ce fait, une pâte à base de silicone comble les aspérités microscopiques et conduit le fluide même en très faible épaisseur, ce qui explique sa présence sous les capots des processeurs, des cartes graphiques et des modules d'alimentation. Ses limites connues sont le temps et les mouvements. Dans un joint vibrant ou monté verticalement, une graisse à faible viscosité peut être expulsée lors des cycles thermiques et les films minces peuvent sécher ; il est donc essentiel de vérifier l'orientation et la fréquence d'utilisation avant de faire son choix. Trumonytechs fournit ce produit. graisse silicone thermoconductrice, et le différence entre la graisse et la pâte Il s'agit principalement de formulation et de charge, et non d'une classe de matériaux distincte.
Gel conducteur thermique
Les jeux irréguliers impossibles à combler par un serrage ferme sont le domaine où le gel excelle. De par sa nature, le gel se comporte comme une pâte non fluide, plus visqueuse que la graisse. Il remplit ainsi les cavités irrégulières et maintient les composants en place avec une faible contrainte d'assemblage. La maîtrise du procédé est essentielle pour chaque produit : volume de distribution, rhéologie et, pour les gels polymérisables, comportement au durcissement, tout doit être parfaitement ajusté pour garantir la reproductibilité de l'assemblage. Trumonytechs fournit un gel conducteur thermique dans cette famille.
Adhésif d'enrobage thermoconducteur
C’est la protection structurelle et environnementale, et non le seul transfert de chaleur, qui oriente la conception vers l’enrobage. Un composé d’enrobage, généralement une résine époxy chargée de poudre thermoconductrice, durcit pour former une masse rigide qui scelle, fixe et protège mécaniquement les composants tout en évacuant la chaleur. Le compromis recherché est la possibilité de réparation : une fois durci, l’assemblage est pratiquement permanent. L’enrobage doit être considéré comme un choix de protection plutôt que de maintenance, adapté aux chocs, à l’humidité ou aux vibrations auxquels l’unité sera soumise. Trumonytechs fournit un adhésif d'enrobage thermoconducteur dans cette famille.
Choix du matériau thermique adapté à l'espace, à l'isolation et à l'assemblage
Commencez la sélection par l'écart, et non par la conductivité. Mesurez l'interface : un joint fin et plat indique la présence de graisse ou d'un film mince ; un écart mesurable et reproductible indique la présence d'un tampon ; et un écart irrégulier ou dû à des tolérances précises indique la présence d'un gel ou d'un mastic. Les graisses et mastics commerciaux présentent généralement une conductivité de l'ordre de quelques W/(m·K) à une dizaine de W/(m·K). Considérez donc la conductivité comme un critère parmi d'autres. Une couche qui ne peut pas adhérer correctement à la ligne de collage ne fournira pas la conductivité nominale. Assurez-vous d'abord de la compatibilité mécanique, puis comparez les conductivités uniquement parmi les solutions retenues.
Déterminez ensuite les exigences d'isolation, car elles peuvent primer sur tout le reste. Lorsqu'une cellule ou un composant sous tension doit rester isolé électriquement d'une plaque froide métallique ou d'un châssis, la couche doit assurer la rigidité diélectrique ainsi que le transfert de chaleur. Cela signifie si une pastille donnée conduit l'électricité La conductivité est une propriété à spécifier et à vérifier, et non à supposer. La chimie des charges peut rendre conducteur un matériau initialement isolant ; il est donc essentiel de vérifier la rigidité diélectrique, la tension de tenue et la résistance aux conditions de test de chaque matériau ou modèle candidat avant de retenir un candidat sur la base de sa conductivité.
Terminez par l'assemblage, la maintenance et le cycle de service. Les lignes automatisées privilégient les tampons découpés ou les gels dosables pour une meilleure répétabilité ; l'assemblage manuel tolère la graisse ; et tout élément soumis aux vibrations, au montage vertical ou à des cycles thermiques prolongés doit être testé pour détecter tout risque de pompage, de dessèchement ou de délamination. Si la pièce nécessite également une étanchéité ou un ancrage mécanique, l'enrobage privilégie la protection à la possibilité de retouche.
Conclusion
Le meilleur matériau pour dissiper la chaleur dans les composants électroniques est celui qui correspond à l'espacement requis, aux besoins d'isolation et à la méthode d'assemblage, et non celui présentant la conductivité thermique la plus élevée. Définissez d'abord l'interface, éliminez tout matériau ne répondant pas aux exigences d'ajustement mécanique ou diélectrique, et comparez ensuite la conductivité et la fiabilité à long terme parmi les solutions retenues. Dans les batteries de véhicules électriques et de systèmes de stockage d'énergie, cette approche est cruciale, car les vibrations et les cycles thermiques mettent la jonction à rude épreuve pendant des années. Trumonytechs fournit des films, des graisses, des gels et des adhésifs d'enrobage en silicone pour répondre à tous vos besoins et peut vous aider à choisir le matériau adapté à l'espacement et aux exigences spécifiques de votre circuit cellule-liquide de refroidissement.
FAQ
Qu'est-ce qu'un matériau d'interface thermique, et pourquoi ne pas simplement boulonner les pièces ensemble ?
Un matériau d'interface thermique comble les micro-espaces d'air qui subsistent même lorsque deux surfaces sont fermement serrées. L'air emprisonné étant un excellent isolant (environ 0,024 W/(m·K)), ces espaces sont responsables de la majeure partie de la résistance de contact ; le matériau déplace l'air afin que la chaleur puisse se transférer de la source vers le dissipateur thermique ou la plaque froide.
En quoi la graisse thermique diffère-t-elle du gel thermique ?
La graisse est une pâte fluide idéale pour les joints très fins et plats, tandis que le gel est un semi-solide plus souple et non fluide, adapté aux joints irréguliers. La graisse assure une bonne adhérence sur les joints fins, mais peut être expulsée sous l'effet des vibrations ; le gel tolère les surfaces irrégulières et maintient les pièces en place sans serrage excessif, au prix d'un volume de distribution plus important et, pour les produits polymérisables, d'un contrôle plus difficile de la polymérisation.
Quand dois-je choisir un adhésif d'enrobage plutôt qu'un tampon ou un gel ?
Choisissez un adhésif d'enrobage lorsque l'assemblage nécessite une étanchéité, une fixation et une protection mécanique, en plus d'assurer le transfert de chaleur. Il durcit pour former une masse rigide et protectrice, idéale pour les alimentations, les batteries, les transformateurs et les inducteurs, mais il ne permet aucune réparation ; c'est donc un choix axé sur la protection plutôt que sur la maintenance.
Quel matériau résiste au pompage dans un pack vibrant ?
Un matériau préformé ou polymérisé, comme un coussinet ou un gel polymérisé, résiste mieux à l'expulsion qu'une graisse à faible viscosité. Dans les assemblages verticaux ou vibrants, la graisse peut migrer hors du joint lors des cycles thermiques ; il est donc important d'évaluer l'orientation et la résistance aux cycles de l'interface avant de la choisir.
Pour en savoir plus
- Progrès récents dans les matériaux d'interface thermique pour la gestion thermique de l'électronique de puissance (Nanomatériaux, 2022) — Évaluation par les pairs. Appuie le mécanisme de l'entrefer et les plages de conductivité sous-jacentes au choix du matériau d'interface.
- Progrès récents dans la conception et la préparation de matériaux de gestion thermique à base de polymères (Polymères, 2021) — Article de synthèse évalué par des pairs. Contexte expliquant comment le choix de la charge et la matrice polymère déterminent la conductivité et le comportement isolant de ces matériaux.
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