Када ПТФЕ трака треба да распрши топлоту – на пример, да повеже компоненту напајања са хладњаком – лепљиви слој мора да ради две ствари одједном: да преноси топлоту и чврсто држи. Додавање топлотно проводљивих пунила (алуминијум, бор нитрид, итд.) побољшава топлотну проводљивост, али скоро увек смањује адхезију.
Изазов је максимизирати пренос топлоте уз губљење што мање лепљивости . Одговор лежи у три параметра пунила: величина честица, облик честице и проценат оптерећења.
Аокаи ПТФЕ је развио топлотно проводљив ПТФЕ траке за електронику и индустријску примену. Овај чланак објашњава како величина честица, морфологија и оптерећење утичу на компромис и како формулисати најбољу равнотежу.
Величина честица – Фино-грубо компромис
Величина честица одређује колико добро пунила формирају мрежу која проводе топлоту и колико добро лепак влажи површину за везивање.
1. Фине честице (нано до субмикрона)
Топлотни ефекат: Велика површина доводи до већег броја контактних тачака честица-честица, али и већег међуфазног топлотног отпора (расејање фонона). Јака агломерација ограничава побољшање проводљивости.
Ефекат адхезије: Фине честице апсорбују велике количине смоле и средстава за лепљење, стврдњавајући лепак. Почетно приањање нагло опада. Смањује се течност, смањујући влажење на ПТФЕ подлогама са ниском површином енергије → ниска чврстоћа на љуштење.
Пресуда: Ретко се користи сам. Ултра-фина пунила дају маргинални топлотни добитак, али уништавају адхезију.
2. Грубе честице (микрона до десетина микрона)
Топлотни ефекат: Мање контактних тачака, али дужи појединачни путеви проводљивости топлоте. Када су уско наслагани дуж правца дебљине лепка, дају добру проводљивост кроз раван.
Ефекат адхезије: Мала површина адсорбује мање смоле, чувајући мекоћу лепка. Међутим, ако су честице дебеле или дебље од слоја лепка (обично 25-100 μм), оне охрапају површину траке, смањују ефективну површину везивања и стварају тачке концентрације напона.
Пресуда: Користи се као примарни проводљиви скелет, али мора бити величине испод дебљине лепка.
3. Решење – бимодално мешање
Мешајте грубе и фине честице у одређеним односима. Фина зрна попуњавају празнине између грубих честица, постижући најближе паковање. Са истим укупним пуњењем пунила, бимодално градирање повећава контактне тачке честица (боља проводљивост) или, алтернативно, достиже циљну проводљивост са мањим укупним пунилом , остављајући континуиранију фазу смоле да би се очувала адхезија.
Аокаи ПТФЕ препорука : За слој лепка дебљине 50 μм користите грубе честице од 20-30 μм помешане са финим честицама од 1-5 μм. Овај бимодални приступ је кључ за балансирање својстава.
Морфологија честица – облик је веома важан
Несферични пуниоци се поравнавају током наношења премаза и сушења, утичући на топлотну проводљивост и адхезију кроз раван (з-смер).
1. Сферична или квази-сферична пунила (нпр. сферна глиница)
Топлотни ефекат: Изотропан. Честице се лако слажу дуж правца дебљине, добро за расипање топлоте кроз раван.
Ефекат адхезије: Глатке површине не ометају проток смоле. Очува хладан проток и влажење површине. Од свих облика при једнаком оптерећењу, кугле задржавају најбољу адхезију – посебно почетну лепљивост.
Топлотни ефекат: Висок однос ширине и висине даје одличну проводљивост у равни, али се љуспице поравнавају паралелно са подлогом, нудећи мало побољшања кроз раван – лоше за ПТФЕ траке којима је потребан вертикални пренос топлоте.
Како се оптерећење пунилом повећава, топлотна проводљивост у почетку полако расте, затим нагло скаче на прагу перколације , а затим на платоима. Адхезија, међутим, континуирано опада.
1. Ниско оптерећење (<30 вол%)
Пуниоци су изолована острва у континуалној матрици смоле. Топлотна проводљивост се једва побољшава. Адхезија остаје близу чистог ПСА. Сигурна зона за очување лепљивости, али топлотни добитак је занемарљив.
2. Средње до високо оптерећење (30-60 вол%) – критични прозор
Честице почињу да додирују и формирају проводне путеве. Топлотна проводљивост расте експоненцијално. У међувремену, континуирана смолна матрица постаје фрагментирана. Лепак постаје крхак; почетна чврстоћа лепљивости и љуштења нагло опадају.
Ово је зона оптимизације. Циљ је да се ради на доњем крају прага перколације – довољно високо да испуни термичке спецификације, довољно ниско да задржи континуирану фазу смоле за прихватљиву адхезију.
3. Ултра-високо оптерећење (>60 вол%)
Густо паковање честица успорава даље топлотно повећање (плато). Смола не може попунити све празнине; формирају се празнине. Лепак постаје сув, ломљив и скоро нелепљив. Трака постаје крхки термални филм. Имовински биланс је потпуно изгубљен.
Посебна напомена за ПТФЕ траку (силиконска ПСА): Силикон има нижу енергију кохезије и лошију компатибилност пунила од акрила. Толерише ниже максимално пуњење пунила. Прекомерно пуњење изазива лепљење у прах.
Аокаи ПТФЕ емпиријски подаци : За сферни алуминијум у силиконском ПСА, праг перколације је отприлике 35-45 вол%. Оптимална равнотежа се постиже око 40-45 вол% са бимодалном дистрибуцијом. Изнад 55 вол%, адхезија постаје неприхватљива за већину примена.
Резиме – формула за балансирање три у једном
Да бисте постигли стабилну равнотежу топлотне проводљивости и адхезије у ПТФЕ високотемпературним лепљивим тракама:
Користите сферичне грубе честице (20-30 μм) као примарни проводљиви скелет – оне обезбеђују проводљивост кроз раван са минималним губитком адхезије.
Одржавајте укупно оптерећење пунила на доњем и средњем опсегу прага перколације (око 40-45 вол% за сферни алуминијум у силиконском ПСА).
Ограничите љускаста или влакнаста пунила на <5 теж.% ако је уопште потребно – они оштећују лепљивост и нуде малу корист кроз раван.
Резултат: топлотно проводљива ПСА трака која се заиста лепи и траје.
Аокаи ПТФЕ производи топлотно проводљиве ПТФЕ траке користећи ову стратегију бимодалног сферног пунила. Можемо прилагодити топлотну проводљивост и нивое адхезије према вашој примени.
Финал Такеаваи
Побољшање топлотне проводљивости ПТФЕ лепљивих трака увек се бори против адхезије. Најбољи компромис долази од сферичних честица + бимодалне дистрибуције величине + оптерећења непосредно након перколације . Избегавајте љуспице и влакна осим ако ваша апликација посебно не захтева проводљивост у равни и може толерисати ниску лепљивост.
За лепљење високих перформанси са дисипацијом топлоте, термички проводљива ПТФЕ трака је доказано решење. Контактирајте Аокаи ПТФЕ за формулације које одговарају вашим термалним захтевима и захтевима за пилинг.
