Sitä mukaa, kun elektroniikkateollisuudessa tehovaatimukset kasvavat, kasvaa myös tarve siirtää lämpökuormaa pois lähteestään. Laitteilta vaaditaan enemmän suorituskykyä, vaikka niiden fyysiset mitat ovat pienentyneet. Ilmiö näkyy sekä kuluttajaelektroniikassa, että teollisuustuotteissa. Aiempaa pienemmät komponentit tuottavat nyt enemmän lämpöä, mutta samalla niillä on vähemmän pinta-alaa, jonka kautta lämpö poistuisi. Tästä seuraa tarve tehokkaammalle lämmönsiirrolle, sekä tilaa säästäville kiinnitysratkaisuille. Apuun tulevat lämmönjohtavat liimat ja teipit.
Tehokkaan lämmönsiirron kannalta lämpöresistanssin pienentäminen on tärkeää. Kriittistä on saada pintojen väliset ilmataskut poistettua, sillä ilma toimii tehokkaana lämmöneristeenä. Jos kaksi alumiinilohkoa asetetaan vastakkain, kappaleilla on käytännössä kontaktipintaa, mutta niiden väliin jäävät mikroskooppiset ilmataskut heikentävät lämmönjohtavuutta. Keskimääräisesti vain pinnan korkeimmat kohdat toimivat lämmönsiirtokanavina. Mitä enemmän pinnoissa on epätasaisuutta, sitä huonompi on yleensä lämmönsiirto.
Kuva 1: Lämpölähteen ja jäähdytyselementin välisessä kontaktissa liima-aine täyttää ilmataskuja tehostaen lämmönsiirtoa. Hyvin lämpöä johtavia materiaaleja Ongelman ratkaisuksi on tarjolla erityyppisiä mukautuvia materiaaleja epätasaisuuksien kompensoimiseen, eli käytännössä ilmataskujen täyttämiseen, ja siten lämpökuorman tehokkaampaan siirtämiseen. Esimerkiksi liimaa, teippiä, pehmeitä lämmönsiirtolevyjä, ja faasimuutosmateriaaleja voidaan käyttää välyksen täyttämiseen rakenteesta riippuen. Liimoilla ja teipeillä voidaan myös vähentää mekaanisten kiinnikkeiden tarvetta, ja siten pienentää komponenttien kokoa, koska erillisille kiinnikkeille ei tarvitse varata rakenteessa tilaa. Tavallisesti liimat ja teipit ovat eristeitä. Esimerkiksi epoksipohjaiset rakenneliimat ovat lämpöä eristäviä. Niiden lämmönjohtavuuskerroin vaihtelee keskimäärin välillä 0,2 – 0,5 W/mK, teipeillä kerroin on usein sitäkin pienempi. Lämpöä johtavilla täyteaineilla parannetaan liiman tai teipin lämmönjohtavuuskerrointa, säilyttäen samalla hyvät kiinnitysominaisuudet. Kokoonpanon tasalaatuisuuden ja siisteyden kannalta on perusteltua käyttää kaksipuolisia teippejä, jos pintojen epätasaisuus ei ole suurta. Lämpöä johtavia teippejä on saatavilla haluttuun leveyteen leikattuina rullina, tai vaihtoehtoisesti muotoon leikattuina teippipaloina. Teipillä saavutetaan heti yhteen liittämisen jälkeen alkulujuus, joka mahdollistaa kappaleen siirtämisen eteenpäin seuraavaan työvaiheeseen. Teipin asennus ei vaadi annostelulaitteistoja.
Kuva 2. Lämpöäjohtavaa teippiä toimitetaan myös muotoon leikattuina paloina. Mitä eroa on lämpöä johtavilla liimoilla ja teipeillä Teippejä käytettäessä on hyvä huomioida, että liitosten leikkauslujuudet ovat yleensä alle 1 MPa. Korkeampia liitoslujuuksia saavutetaan rakenneliimoilla. Epäsymmetrisillä liitospinnoilla liima on myös luotettavampi vaihtoehto. Rakenneliiman kovettaminen voidaan toteuttaa joko huoneenlämmössä, tai korotetussa lämpötilassa, komponenteista ja tuotantoprosessista riippuen. Kaksikomponenttinen epoksiliima kovettuu huoneenlämpötilassa. Kovettumisreaktiota voidaan nopeuttaa ja tehostaa korotetulla lämpötilalla. Tällöin liiman annostelu on jouhevaa käytettäessä kaksoispatruunaan pakattua tuotetta. Kaksoispatruunaa käytettäessä hartsi- ja koveteosaa ei tarvitse mittailla, vaan komponentit annostellaan patruunasta suoraan oikeassa suhteessa. Sekoittamiseen käytetään staattista sekoitusnokkaa (kts. video).
Loppuun asti reagoinut epoksiliima voi olla kova ja rakennetta jäykistävä, tai hyvin elastinen mukautuen kahden eri materiaalin lämpöelämiseen olosuhteiden muuttuessa. Jos liimattavat materiaalit sallivat, on mahdollista käyttää myös korotetussa lämpötilassa kovetettavaa yksikomponenttista epoksia. Tällöin liitettyjä kappaleita tulee kuumentaa useaksi kymmeneksi minuutiksi jopa 150 °C:ssä, jonka jälkeen liima kappaleiden välissä on reagoinut loppuun asti. Yksikomponenttisen epoksiliiman annostelu on helppoa, kun erillisiä ainesosia ei tarvitse erikseen mitata ja sekoittaa ennen käyttöä. Liima vaatii kuitenkin lämmityksen kovettuakseen. Yksikomponenttisten epoksien etuina on parempi lämmönkesto, kuin useimmissa huonekovetettavissa epokseissa. Tarve sekoittaa A- ja B -komponenttia poistuu, ja liimasauman leikkauslujuus voi nousta jopa 40 MPa:n tasolle. Kun liimalta haetaan epoksin kaltaista korkeaa leikkauslujuutta, sekä teippien etuna nähtävää nopeaa asettumista, akryylipohjaiset rakenneliimat voivat tuoda pöytään molempien vaihtoehtojen edut. Liima sisältäisi tässä tapauksessa perusaineen yhdessä pakkauksessa, ja initiaattorin toisessa. Perusaine levitetään yhdelle pinnalle, ja initiaattori toiselle. Materiaalien yhteen liittämisen jälkeen liima saavuttaa alkulujuuden hyvin nopeasti huoneenlämmössä. Tärkeää on huomioida, ettei liima sisältäisi metakryylihappoa, joka voi korrosoida herkästi metalleja. Kuten aiemmin mainittu, yleisimmin liima-aineet ovat enimmäkseen lämpöä eristäviä, joten parempaa lämmönjohtavuutta haettaessa tarjolla olevat tuotteet vähenevät huomattavasti. Sopivan tuotteen valintaan vaikuttavat sekä liimamateriaalin tekniset ominaisuudet, että lopputuotteen käyttöolosuhteet, sekä sille asetetut vaatimukset. Olemme keränneet alla olevaan taulukkoon tässä blogissa listattujen tuoteteknologioiden plussat ja miinukset. Sopivaa tuoteratkaisua hakiessanne autamme mielellämme. Tavoitatte meidät numerosta 010-324 2610, sekä sähköpostilla osoitteesta myynti@hotmelt.fi
Esimerkkejä lämpöäjohtavista tuotteista:
https://hotmelt.fi/tuoteteknologiat/teipit/akryylivaahtoteipit/
https://hotmelt.fi/tuoteteknologiat/liimat/2-komponentti-epoksit/
Tuotekortit: DC 7811TC Duplocoll 7811 TC ET5441 Permabond ET5441A – SDS21797 – FI Permabond ET5441B – SDS21798 – FI MT3826 Permabond MT3826A – SDS10484 – FI Permabond MT3826B – SDS10483 – FI ES578 Permabond ES578_TDS TA4392 Permabond TA4392 Permabond -esite Lisää tietoa teollisuuden liimoista ja teipeistä löytyy sivuilta www.hotmelt.fi