Matériaux d'interface thermique : cinq familles, 21 modèles de fiches techniques
Trumonytechs propose une gamme de matériaux d'interface thermique répartis en cinq familles : coussinets, gels bi-composants, composés d'enrobage, adhésifs structuraux et graisses silicones, déclinés en 21 fiches techniques. Les batteries pour véhicules électriques et systèmes de stockage d'énergie (ESS) constituent les principales applications, mais ces mêmes matériaux sont également disponibles pour d'autres applications. Le choix de la famille appropriée dépend de l'écartement au niveau du joint, de la présence ou non d'une charge et des exigences d'isolation.
Veuillez nous indiquer l'épaisseur de l'espace entre la source de chaleur et la plaque froide ou le dissipateur thermique, ainsi que le volume prévu, et nous vous proposerons un modèle à examiner.
Quel est le rôle d'un matériau d'interface thermique et quand une jonction plus simple suffit-elle ?
Une couche d'interface thermique (TIM) se place entre une source de chaleur et la plaque froide, le dissipateur thermique ou le boîtier, où elle transporte la chaleur à travers la jonction ; dans un pack de batteries, elle se trouve entre les cellules ou les modules et la plaque froide. Selon le type de TIM, cette même couche peut également isoler, combler les espaces vides ou lier les composants.
Les fiches techniques présentent les modèles répartis en six séries, avec les méthodes d'essai indiquées pour les propriétés mesurées.
- 01La plaque de stratification photovoltaïque ne constitue pas un chemin de chaleur.
Le coussinet en silicone haute résistance de la gamme 30101 conçu pour la lamination des panneaux photovoltaïques a une faible conductivité thermique et ne peut pas être utilisé comme matériau d'interface thermique.
- 02Certains modèles à graisse ne sont pas isolants.
Seul le 30108-0350 est répertorié comme isolant ; les 30108-0380 et 30108-0500 ne le sont pas, donc ces deux-là sont exclus partout où le joint doit isoler.
- 03Les articulations traitées uniquement par la chaleur peuvent être exemptées du traitement de sept jours.
Les deux séries d'adhésifs structuraux, 30104 et 30107, indiquent un durcissement de sept jours, donc lorsqu'un joint ne fait que déplacer la chaleur et n'a pas besoin de collage ou de scellement, un tampon ou un gel évite cette attente.
Nous fabriquons également le plaques de refroidissement liquide De l'autre côté de ce joint. Étant donné que le matériau d'interface thermique (TIM) comble l'espace laissé par la plaque, la valeur de cet espace communiquée lors de la demande doit correspondre à la conception actuelle de la plaque. Les options de refroidissement au niveau du pack se trouvent sur le gestion thermique des batteries page.
Comparaison des matériaux d'interface thermique par famille
Les matériaux d'interface thermique se répartissent en cinq familles selon leur forme et leur polymérisation : coussinets préformés, gels dosés, résines d'enrobage coulées, adhésifs structuraux et graisses non polymérisables. Chaque famille ayant un mode d'application différent, la méthode d'assemblage de votre ligne peut exclure certaines familles, indépendamment de leur conductivité.
Les deux adhésifs structuraux sont mesurés par des méthodes différentes ; il convient donc de tenir compte de cette différence lors de la comparaison de leurs valeurs de conductivité. La dureté est également mesurée sur des échelles différentes : les coussinets présentent une dureté Shore 00 de 5 à 80 selon le modèle, les gels polymérisés une dureté Shore 00 de 60, les composés d’enrobage une dureté Shore A de 20 à 50 et les adhésifs une dureté Shore D.
Associez la gamme TIM à votre jonction cellule-plaque froide.
Dans les batteries de véhicules électriques et de systèmes de stockage d'énergie, principales applications, quatre types de joints correspondent à quatre familles de matériaux d'interface thermique (TIM), selon que l'espace est défini par une feuille, déposé, supportant une charge ou remplissant le pourtour des pièces. Chaque fiche technique correspond à un scénario d'application décrit dans les fiches techniques.
Cellules sur une plaque froide avec un espacement défini → bloc-notes
Des coussinets sont répertoriés pour les cellules prismatiques, les cellules cylindriques et les plaques froides serpentines, avec des structures renforcées en PI pour les feuilles plus grandes.
Distribué sur une ligne automatisée → gel
Le gel bicomposant est distribué automatiquement sous faible contrainte d'assemblage et épouse parfaitement l'interface.
Cellules adhérentes à la plaque froide → adhésif polyuréthane
L'adhésif polyuréthane fixe les cellules à la plaque froide une fois durci et est destiné aux joints de collage et d'étanchéité soumis à des charges élevées.
Module rempli, isolé ou encapsulé → enduit de rempotage
Mélangé à la main et coulé, le composé d'enrobage remplit, isole et enrobe le module, puis amortit les vibrations une fois durci.
Une interface mince indique la présence de graisse, avec une ligne de liaison de niveau catégoriel inférieure à 50 μm. La graisse ne polymérise pas ; les pièces doivent donc être fixées pour maintenir la couche en place. Lorsque le choix se porte encore entre un tampon et un matériau déposé, le Guide de sélection des pâtes magnétiques pour batteries Le processus se déroule en plusieurs étapes : jeu, contrainte d'assemblage et durcissement, dans cet ordre.
Revêtements d'interface thermique (TIM) en silicone, polyuréthane ou époxy : chimie et isolation
La chimie des matériaux d'interface thermique (TIM) suit la même logique : les coussinets, les gels, les composés d'enrobage et les graisses sont des formulations à base de silicone, tandis que les adhésifs structuraux sont à base d'époxy (30104-0120) ou de polyuréthane (30107). Les données relatives à l'isolation et aux siloxanes varient selon le modèle ; le tableau ci-dessous présente les plages de valeurs indiquées pour chaque famille.
| Famille | Chimie | rigidité diélectrique, kV/mm | Résistivité volumique, Ω·cm | Teneur en siloxane D4–D10 (GC) |
|---|---|---|---|---|
| Bloc-notes · 30101 | Silicone | >6 à >12 par modèle | >10¹¹ à >10¹² | <100 ppm, les 5 modèles |
| Gel · 30102 | Silicone | 8 | >10¹² | <100 ppm pour 0150, 0200, 0350 ; non indiqué pour les autres |
| Enrobage · 30103-0080 | Silicone | 10 | >10¹² | <100 ppm |
| Adhésif structural · 30104-0120 | Époxy | 12 | >10¹² | Non répertorié |
| Adhésif structural · 30107-0120, 30107-0200 | polyuréthane | 16 (30107-0120); 14 (30107-0200) | 1,5 × 10¹³ (les deux modèles) | Non répertorié |
| Graisse · 30108 | Silicone | Non répertorié ; isolant : 0350 uniquement | Non répertorié | Non répertorié |
Les données actuelles ne mentionnent aucun tampon, gel, composé d'enrobage ou graisse sans silicone. Les deux adhésifs structuraux sont à base d'époxy et de polyuréthane, et leurs fiches techniques n'indiquent pas leur teneur en silicone ou en siloxane.
Trois choix de modèles TIM à trancher avant de soumettre une offre
Trois options de modélisation des matériaux d'interface thermique (TIM) méritent d'être définies avant d'établir un devis : l'isolation contre la conductivité dans la graisse, la résistance de l'adhésif polyuréthane et le renforcement des coussinets. Dans le cas de la graisse et des coussinets, l'amélioration d'une propriété se fait au détriment d'une autre, tandis que les deux modèles de polyuréthane présentent une conductivité identique mais une résistance différente.
La graisse 30108-0500 affiche une conductivité thermique de 5,0 W/m·K, la valeur maximale de sa catégorie, mais n'est pas isolante, tandis que la 30108-0350 est le modèle isolant avec une conductivité thermique de 3,5 W/m·K. Lorsque la couche de graisse doit être isolante, seule la 0350 est qualifiée d'isolante, avec une conductivité thermique inférieure de 1,5 W/m·K ; sa fiche technique ne mentionne pas de valeur de claquage, il est donc conseillé de demander une valeur adaptée à votre tension de service.
Les références 30107-0120 et 30107-0200 indiquent toutes deux une conductivité thermique de 2,05 W/m·K, mais la référence 0120 présente une résistance au cisaillement Al/Al de 11 MPa et une résistance à l'allongement de 14%, contre respectivement 8 MPa et 8% pour la référence 0200. Au niveau de la liaison, ce sont les valeurs de résistance au cisaillement qui distinguent les deux modèles.
Les supports présentent le troisième compromis. Le support non renforcé offre la meilleure conductivité et le meilleur rebond après compression, à moindre coût, mais il est fragile, adhère mal et sa mise en place est délicate, générant souvent des bulles d'air. Le film PI, le ruban PI et le renforcement en fibre de verre augmentent la résistance du support, mais à un coût plus élevé. La fibre de verre réduit également la conductivité. La taille de feuille recommandée passe de 300 × 200 mm à 500 × 420 mm avec le renforcement en PI.
Quels sont les éléments qui déterminent les prix de TIM et quels documents fournir pour obtenir un devis ?
Les prix des matériaux d'interface thermique (TIM) ne sont pas affichés sur cette page ; les devis sont établis en fonction du modèle, du volume et du conditionnement. Au sein de la gamme de supports, les supports renforcés coûtent plus cher que les supports non renforcés ; il est donc préférable de définir la structure avant de demander un prix pour un support.
Éléments à joindre à votre demande :
- Charge thermique des cellules, du module ou du composant
- Épaisseur de l'entrefer, surface de contact et pression de serrage
- Température cible
- Que le joint doive coller, sceller ou isoler
- environnement d'exploitation
- Famille ou modèle d'intérêt et volume annuel prévu
Le contenu du devis, les conditions de paiement, l'inspection avant expédition, l'emballage et les documents d'expédition ne sont pas détaillés ici ; il est donc conseillé de les aborder dans votre demande de devis. Les délais de transport et les formalités d'importation dépendent du port de destination et sont confirmés lors de l'établissement du devis.
Vous avez choisi une famille ? Indiquez-nous l’épaisseur de l’espace et la charge thermique pour obtenir un devis personnalisé.
Comment les valeurs des fiches techniques TIM sont-elles mesurées et quels documents demander ?
Les valeurs de conductivité, de constante diélectrique et d'inflammabilité indiquées sur cette page proviennent des fiches techniques des modèles, qui précisent leur méthode d'essai. Ainsi, les matériaux entrants peuvent être contrôlés selon la même norme. Les limites d'acceptation pour le contrôle à réception ne figurent pas dans les fiches techniques et doivent être définies pour chaque modèle.
ISO 22007-2 pour les tampons, les gels, les composés d'enrobage, la graisse et 30104-0120 ; ASTM D5470 pour 30107.
Rigidité diélectrique selon ASTM D149 et résistivité volumique selon ASTM D257 ; GB/T 1408.1 et GB/T 31838.2 pour 30107.
Test de combustion verticale UL 94, indiqué comme V-0 sur les fiches techniques qui font état de l'inflammabilité.
Dureté selon ASTM D2240 et densité selon ASTM D792, avec les méthodes GB/T pour 30107 ; résistance à la traction selon ASTM D412 ou GB/T 528 pour les deux adhésifs structuraux.
Aucune référence de projet n'apparaît sur cette page ; les données vérifiables sont donc les valeurs et méthodes de la fiche technique ci-dessus. Les données relatives au gel, à l'enrobage, à la graisse et à la norme 30104-0120 décrivent des formulations conformes à la directive RoHS ; les rapports d'essais, les certificats et les dossiers de lots ne figurent pas sur cette page. Les conditions de garantie ne sont pas publiées sur cette page. Veuillez les demander, ainsi que tout document requis par votre marché, avec votre demande de devis.
FAQ sur les matériaux d'interface thermique
Quel est le rôle des matériaux d'interface thermique dans un pack de batteries ?
Ici, le transfert de chaleur est un problème courant dans toutes les maisons ; le choix du produit dépend donc de la seconde fonction requise pour le joint. Les coussinets et les gels isolent et amortissent les vibrations, les composés d'enrobage remplissent et isolent, les adhésifs structuraux assurent une liaison structurelle et la graisse forme une fine couche non durcissante.
Une ligne de batteries doit-elle utiliser des coussinets ou du gel en aérosol ?
Les coussinets sont livrés sous forme de feuilles préformées et sont positionnés manuellement ; la ligne de production ne nécessite donc aucun équipement de mélange. Le gel bicomposant est mélangé et distribué automatiquement, sèche en surface après 90 minutes et polymérise complètement après 24 heures à 25 °C. Ses caractéristiques après polymérisation indiquent des performances équivalentes à celles d’un coussinet.
Quels substrats les adhésifs structuraux peuvent-ils coller ?
L'époxy 30104-0120 est décrit comme permettant le collage de divers métaux, du PET, du PC, de l'ABS et de films PET. Sa fiche technique indique une résistance au cisaillement de 9 MPa pour l'assemblage aluminium-aluminium. Le polyuréthane 30107 est décrit pour le collage des cellules à la plaque froide ; d'autres substrats n'étant pas mentionnés, chaque combinaison nécessite un test de collage spécifique.
Ces matériaux sont-ils certifiés UL ?
Ces produits ne possèdent ni certification UL ni carte jaune. Les fiches techniques du coussinet, du gel, du 30103-0080 et de l'adhésif structural indiquent un classement au feu UL 94 V-0, correspondant à l'indice d'inflammabilité du matériau selon le test UL 94. L'épaisseur de l'échantillon à l'origine de ce classement n'est pas précisée ; il est donc conseillé de la demander si votre conception en dépend.
Quelle plage de températures est recommandée pour chaque matériau ?
Les tampons, gels et enrobages (réf. 30103-0080) sont recommandés pour une plage de températures de −40 à +150 °C, tandis que l'époxy (réf. 30104-0120) est recommandé pour une plage de −10 à +120 °C. Aucune plage de températures n'est indiquée pour les polyuréthanes (réf. 30107), les graisses ni les enrobages (réf. 30103-0200, 0300 et 0400) ; il est donc nécessaire de vérifier ces plages avant de les spécifier.
La résistance thermique de ces modèles est-elle documentée ?
Aucun modèle présenté sur cette page ne possède de valeur de résistance thermique publiée ; la conductivité est la valeur thermique indiquée. Dans tout assemblage, la résistance dépend également de l’épaisseur de la ligne de collage et de la pression de serrage, qui varient selon la conception. Ces deux valeurs doivent donc figurer dans la demande de devis, au même titre que l’entrefer et la charge thermique.
Quels sont le MOQ, les conditions d'échantillonnage et le délai de livraison ?
Les informations relatives à la quantité minimale de commande (MOQ), aux échantillons, aux délais de production, aux capacités de production et au service après-vente ne sont pas abordées sur cette page. Veuillez les inclure dans votre demande de devis, en précisant votre volume annuel prévisionnel, le calendrier de livraison, le port de destination et la gamme ou le modèle qui vous intéresse.
