Nesta situação, ou quando nos deparamos com problemas relacionados com o stress e o envelhecimento que podem ocorrer num componente ou placa submetidos a altas temperaturas, a consultoria especializada pode oferecer soluções adequadas a cada caso. A equipa de engenheiros da divisão de Térmica e Adesivos da Steliau Technology, com experiência desde 1992, utiliza a mais recente tecnologia para verificar a adequação das soluções, além de dispor de equipamentos para conceber e fabricar soluções totalmente personalizadas para a aplicação.
Porquê usar um TIM?
Os materiais não são perfeitamente lisos (Figura 1) quando observamos a secção transversal da junção entre o componente e o radiador ao microscópio. Mesmo ao pressionar um material contra o outro, podemos ver que as irregularidades formam pequenas bolhas de ar entre as duas superfícies, e o contacto não é tão direto como parece a olho nu.
Como a condutividade térmica do ar é muito baixa em comparação com outros materiais, é necessário eliminá-la, bem como homogeneizar a superfície para que não existam pontos de contacto, mas sim uma superfície de contacto lisa. Conseguimos isso utilizando um TIM, que é essencialmente um material térmico cujas características físicas lhe permitem adaptar-se às irregularidades nanométricas das superfícies.
Que informação é necessária para escolher um TIM (Material de Isolamento Térmico)?
Neste ponto, deparamo-nos com o dilema de que tipo de material utilizar. A resposta não é simples. Se consultarmos o catálogo da Steliu Technology, verificamos que têm 2000 referências em stock, e a seleção depende não só da condutividade térmica do material quando queremos dissipar calor, ou da sua resistência térmica quando queremos isolar (Figura 2), mas também de fatores como:
pressão de contacto,
rugosidade da superfície,
se a superfície é perfeitamente plana (diferença de altura entre os componentes na placa de circuito impresso),
tempo,
temperatura,
espessura do material (t/k)
e atributos do material de enchimento.
Assim, antes de decidir qual o material a utilizar, devemos responder a algumas questões:
- Quais são os componentes entre os quais o TIM será aplicado? "Componente a arrefecer e dissipador de calor escolhido."
- Os componentes estão em contacto ou existe um espaço a preencher?
- Qual é a espessura do espaço entre o componente e o dissipador de calor? Nominal + tolerância mínima e máxima.
- Como é montado o componente no dissipador de calor? Parafusos, grampos, etc.
? - Existem modelos impressos em 3D e/ou dimensões disponíveis para a TIM? Isto permite-nos criar um elemento à medida do componente, dependendo dos materiais utilizados, o que irá poupar material e custo, além de garantir a qualidade do produto final.
- Qual é o calor/potência total (em W) do componente que necessita de ser dissipado?
- É esperado um valor específico de rth ou de condutividade térmica para a TIM?
- É necessário isolamento elétrico?
- Dados do projeto (UAE/SOP), amostra/protótipo e L/T.
Com esta informação, podemos decidir qual a gama de TIM a utilizar:
Os tampões de interface finos são um produto padrão com elevada condutividade térmica, com níveis de desempenho de 0,8–3,0 W/mK, reforçados com película e fibra de vidro, e podem ou não conter silicone, com versões eletricamente condutoras ou isolantes. São comummente utilizados em aplicações que exigem uma elevada rigidez dielétrica, mas deve-se notar que requerem uma pressão firme para manter a eficácia.
Uma das principais vantagens é que as almofadas podem ser concebidas no formato ou tamanho exigido pela aplicação; a Steliau Technology dispõe de uma equipa de design e maquinaria para atender às necessidades específicas de cada projeto.
As almofadas de mudança de fase, onde a viscosidade do material varia com a temperatura, estão disponíveis em diversos formatos, dependendo da linha de produtos. Estas almofadas alteram a viscosidade entre 50 e 60 °C, ou podem ser massas lubrificantes de alto desempenho. Esta variedade oferece uma gama de desempenho de 1,0 a 4,0 W/mK, sendo adequada para aplicações de computação de alto desempenho. No entanto, o processo de montagem deve ser cuidadosamente considerado, incluindo o posicionamento das telas, gabaritos e almofadas, bem como os requisitos de isolamento elétrico.
A massa termicamente condutora é outro produto padrão com níveis de desempenho entre 1,0 e 8,0 W/mK. Está disponível como material bicomponente de cura automática ou como material monocomponente pré-curado. Ambos os formatos estão disponíveis com e sem silicone.
A sua utilização é recomendada para produção em larga escala; para otimizar a eficiência, é necessário um dispensador de material.
A principal vantagem desta solução é que a pressão exercida sobre o TIM (Imobilizador de Temperatura) praticamente não afeta a sua deflexão em comparação com as almofadas convencionais (Figura 3).
Estes materiais estão em constante evolução graças à investigação de novos materiais, oferecendo maior dissipação de calor e maior suavidade, ou, consequentemente, maior capacidade de retrabalho.
As almofadas de nivelamento (Figura 4) permitem não só a dissipação de calor, mas também o nivelamento de áreas em layouts de componentes mistos numa placa de circuito impresso. Estão disponíveis materiais standard com eficiências entre 0,8 e 20,0 W/mK e espessuras até 6,5 mm, tanto à base de silicone como sem silicone. O seu design é personalizado para a aplicação, tanto em termos de formato como de condutividade térmica.
Um dos avanços promovidos na indústria de materiais é a combinação do desempenho térmico com a absorção de EMI, tornando este tipo de soluções muito atrativas para todos os tipos de aplicações.
Aplicações e Suporte:
Com esta variedade de desempenhos térmicos e soluções de materiais, as aplicações destes componentes vão desde o segmento de energia, com fontes de alimentação, conversores CC/CC, carregadores de bateria, UPSs, elementos de indução, bombas e equipamentos para veículos elétricos, até à dissipação de calor para LEDs de alta potência, elementos de indução, eletrodomésticos e muito mais. Servem mercados verticais como a indústria, medicina, defesa, aeroespacial e telecomunicações, iluminação e transportes.
Cada mercado e aplicação tem características únicas. Com 20 anos de experiência, a equipa da Steliau Technology acumulou conhecimentos e expertise que lhe permitem reduzir os custos de desenvolvimento de produtos, oferecer análises de CFD e serviços de consultoria para soluções térmicas otimizadas, bem como prestar suporte para novos produtos que requerem soluções térmicas ou para produtos existentes com componentes defeituosos.
Graças ao software de simulação (Figura 6) que possuem, conseguem realizar modelação térmica e utilizar dinâmica de fluidos computacional (CFD) avançada, criando modelos precisos de equipamentos eletrónicos que permitem projetos específicos para a indústria eletrónica. Este software adapta-se para superar os desafios do design térmico, auxiliando a equipa liderada por três engenheiros especializados da divisão de Térmica e Adesivos da Steliau Technology-EUROPE a fornecer soluções incomparáveis.
Por Lionel Girardot, Gestor da Unidade de Negócio de Produtos Térmicos e Adesivos da Steliau Technology-EUROPA
