Теплопроводящие электроизоляционные эластичные силиконовые листовые материалы, прокладки и подложки НОМАКОН™ КПТД-2





Технические характеристики
Теплопроводящие свойства
Теплопроводящие свойства типовых прокладок
Обозначение при заказе
Указания по применению
Гарантии изготовителя


TCEI – Thermally Conductive Elastic Insulating Material

Качественные показатели:
КПТД-2/1-0,20
КПТД-2/1-0,30
КПТД-2/1-0,50
КПТД-2/1-0,75
КПТД-2/1-1,00
КПТД-2/1-2,00
КПТД-2/2-0,20
КПТД-2/2-0,50.
КПТД-2/3-0,20
КПТД-2/3-0,50.
Керамико-полимерные теплопроводящие диэлектрические (КПТД) материалы НОМАКОН™ КПТД-2 являются 100%-ми тонкопленочными силиконовыми эластомерами, применяемыми для изготовления теплопроводящих эластичных прокладок и теплопроводящих пленочных электрических изоляторов в изделиях тепло-, электро- и радиоэлектронной техники, работающих в интервале температур от минус 60ºС до плюс 250ºС.
  • Природная эластичность и теплопроводность в сочетании с малой толщиной и высокой прочностью обеспечивают минимальное термическое сопротивление при надежной электрической изоляции
  • Монтаж электронных тепловыделяющих компонентов осуществляется без нанесения теплопроводящих паст,
    что гарантирует надежность и электрическую безопасность, а также сокращает время сборки
  • Благодаря армированию стекловолокном материалы устойчивы к механическим повреждениям при сильном сжатии между плоскими прижимными поверхностями корпуса и радиатора – прижимное давление до 40 МПа не повреждает материал. При этом эластичная силиконовая основа с высокой теплопроводностью заполняет неровности микрорельефа сжимающих поверхностей, повышая теплопередачу
  • Материалы не токсичны, не выделяют вредных веществ в процессе монтажа и эксплуатации, не подвержены воздействию веществ, применяемых при очистке печатных плат
  • Для удобства монтажа поверхность материала покрывается липким клеящим слоем (ЛК) или липкой позиционирующей смазкой (ЛП). Липкая позиционирующая смазка имеет пониженную адгезионную прочность при сдвиге, что позволяет небольшим усилием перемещать приклеенную прокладку по прижимной поверхности – позиционировать при монтаже


Материалы НОМАКОН™ КПТД-2 обеспечивают эффективный отвод тепла и электрическую изоляцию за счет повышенных теплопроводящих и диэлектрических свойств керамических наполнителей, комформности к контактным поверхностям и выраженной термической релаксации. Листовые материалы КПТД-2М благодаря особому эластичному гелеобразному полимеру чрезвычайно легко деформируются при сжатии и плотно прилегают ко всем компонентам печатной платы. Такие материалы при толщине листа 0,5-6 мм могут служить прокладкой между всей печатной платой и теплоотводящим элементом, например, металлическим корпусом устройства или радиатором, обеспечивая объемный теплоотвод.
Изделия из листовых материалов КПТД-2М, называемые нами Heat-Conducting Plastic Enveloping Pads, или HCPE™ Pads (HCPE™-прокладки, HCPE™ 3D-прокладки), являются аналогами материалов Gap Pad®, Gap Filler® и Softtherm® известных производителей.
Материалы КПТД-2 выпускаются виде листов прямоугольной формы шириной до 160 мм и длиной до 780 мм, а также в виде прокладок, вырезанных из листов материала КПТД-2 по чертежам, согласованным с потребителями. Допускаемые отклонения длины и ширины листа, а также линейных размеров прокладки не превышает ±0,5 мм. Нормируемая толщина листов (прокладок) при заказе составляет 0,15, 0,20, 0,30, 0,45, 0,50, 0,75, 1,00, 1,50, 2,00 мм. Стандартные размеры листов 150х100 мм, 150х130 мм, 150х220 мм, 160х220 мм, 160х260 мм. Размеры и форма других листов и прокладок при поставке согласуются с потребителями.

Материалы марки КПТД-2/1 изготавливаются путем наполнения силиконовой основы микропорошками высокоочищенной оксидной керамики, перекристаллизованной по специальной технологии при температуре выше 2000 ºС (α-Кристален™).

Материалы марки КПТД-2/2 изготавливаются на основе микропорошков оксидной и нитридной керамики, спеченных по уникальной технологии в среде высокоочищенного азота при температуре выше 1200ºС (β-Кристален™).

Материалы марки КПТД-2/3 изготавливаются на основе микропорошков нитридной керамики.

Листовые материалы НОМАКОН™ КПТД-2 и КПТД-2М изготавливаются методом поэтапной контактной заливки под давлением – формованием.
В данном случае листовой материал представляет собой плотноупакованную однородную по толщине структуру с достаточно гладкой и ровной поверхностью.
Высокие технические и потребительские свойства КПТД-материалов достигаются за счет следующих технологических приемов:
  • максимальное наполнение каучуковой основы микропорошком при оптимальном сочетании различных фракций микропорошков теплопроводящего керамического наполнителя;
  • применение специально разработанных теплопроводящих диэлектрических микропорошков
    α-Кристален™, β-Кристален™ и нитридной керамики различного фракционного состава;
  • получение под давлением плотноупакованной однородной по толщине структуры материала при отсутствии выраженных внутренних газовых полостей;
  • использование армирующей электроизоляционной стекловолоконной основы минимальной толщины;
  • применение технологии глянцевой калибровки поверхности листа с целью достижения максимальной конформности к прижимным поверхностям.

    ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НОМАКОН™ КПТД-2
    Наименование
    Норма по ТУ РБ 100009933.004-2001 Методы контроля
    Марка материала
    КПДТ-2/1
    КПДТ-2/2
    КПДТ-2/3
    Внешний вид Эластичный резиноподобный однородный листовой материал Визуально
    Цвет Розовый, серый(¹) Коричневый, серый(¹) Cерый Визуально
    Плотность, г/см³ 2,05-2,20 1,90-2,10 1,80-2,00 ГОСТ 15139
    Твердость по Шору А, единиц 70-90 ГОСТ 263
    Толщина, мм от 0,15 до 2,0 ГОСТ 11358
    Липкость(²), Н/м, не менее 100 ГОСТ 28019
    Номинальное рабочее напряжение сжатия, МПа, не менее 3,5 ГОСТ 26605 п.5.12 ТУ
    Предельное напряжение сжатия, МПа, не менее 20
    Предельная степень сжатия (эластичность), %, не менее 50
    Электрическая прочность, кВ/мм,
    не менее
    при постоянном напряжении
    при переменном напряжение


    25
    18


    20
    15


    15
    10
    ГОСТ 6433.3
    Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом•см, не менее
    1014

    1013

    1012
    ГОСТ 6433.2
    Диэлектрическая проницаемость, при 1000 Гц, не более 6,5 ГОСТ 22372
    Тангенс угла диэлектрических потерь,
    при 1000 Гц, не более
    0,0045 ГОСТ 22372
    Теплопроводность, Вт/(м•К), не менее 0,80 1,10 1,40 ASTM D 5470
    ГОСТ 12.4.145
    Удельное термическое сопротивление, (К•см²)/Вт, при толщине листа 0,20±0,02 мм и давлении сжатия 0,69 МПа (100 psi), (в формате ТО3, ТО220), не более,
    - исходный листовой материал
    - материал с клеящим слоем или с позиционирующей смазкой



    3,10
    2,80



    2,70
    2,50



    2,30
    2,00


    ASTM E 1530
    ГОСТ 12.4.145

    (¹) - Цвет может быть изменен по согласованию с потребителем
    (²) - Определяется для материалов с липким клеящим слоем (ЛК)

    Материалы КПТД-2 имеют ресурс работы при температуре плюс 200ºС не менее 2500 ч, при температуре плюс 250ºС не менее 1500 ч.

    Вид климатического исполнения КПТД-материалов в состоянии полимеризации В1.1 по ГОСТ 15150.

    Срок эксплуатации в изделиях с категорией размещения 4 по ГОСТ 15150 не менее 10 лет.




    ТЕПЛОПРОВОДЯЩИЕ СВОЙСТВА ПРОКЛАДОК ИЗ МАТЕРИАЛОВ КПТД-2
    Для оценки теплопроводящих свойств листовых материалов применяется математическая модель расчета термического сопротивления, представленная выше на странице сайта «ОПИСАНИЕ - Термическое сопротивление КПТД-материалов». В данном случае суммарное удельное термическое сопротивление теплопередаче R (см. формулу 2) включает термическое сопротивление на границе «теплоотдающая контактная поверхность – поверхность прокладки» R1S , термическое сопротивление, зависящее от толщины δ и теплопроводности λ материала прокладки δ/λ , а также термическое сопротивление на границе «поверхность прокладки – теплопринимающая контактная поверхность» R2S .

    Следует отметить, что за счет конформной поверхности и эластичности термическое сопротивление материалов КПТД-2 стабилизируется уже при напряжении сжатия 0,5-0,7 МПа (см. график зависимости удельного термического сопротивления от напряжения сжатия). При напряжении сжатия до 3,5 МПа изменение толщины материала КПТД-2 за счет сжатия с достаточной точностью возможно рассчитать по формуле 5 с учетом зависимости 10 раздела «ОПИСАНИЕ – Эластичность (сжимаемость) КПТД-материалов». При применении одностороннего липкого слоя или позиционирующей смазки суммарное удельное контактное термическое сопротивление уменьшается (см. величину R0S ).

    Ниже в таблице представлены расчетные значения термических сопротивлений типовых прокладок для различных марок и толщин материалов КПТД-2, полученные при следующих значениях эмпирических коэффициентов:

    - материал листовой КПТД-2/1    RS = 0,90 (К⋅ см²)/Вт , R0S = 0,58 (К⋅ см²)/Вт , λ = 0,87 Вт/(м⋅K);

    - материал листовой КПТД-2/2     RS = 1,03 (К⋅ см²)/Вт , R0S = 0,79 (К⋅ см²)/Вт , λ = 1,14 Вт/(м⋅K);

    - материал листовой КПТД-2/3    
    RS = 0,97 (К⋅ см²)/Вт , R0S = 0,67 (К⋅ см²)/Вт , λ = 1,44 Вт/(м⋅K);

    Представленная выше математическая модель расчета термического сопротивления листовых материалов КПТД-2 при напряжениях сжатия в пределах 0,5-1,7 МПа дает хорошую сходимость результатов при соблюдении требований к сжимающим контактным поверхностям, которые представлены в разделе «Указания по применению».

    Пример 2. Силовой элемент (диод) с целью отвода выделяемого тепла устанавливается на алюминиевый радиатор через теплопроводящую электроизолирующую прокладку 2А4229 (ТО-3), выполненную из материала НОМАКОН™ КПТД-2/1-0,20. Требуется определить термическое сопротивление прокладки RF для оценки достаточности теплоотвода, а также рассчитать перепад температур ΔT между корпусом диода и радиатором при значении отводимой тепловой мощности Q = 25 Вт.

    1. По маркировке материала принимаем исходную толщину прокладки δ0 = 0,20 мм ;

    2. Определяем площадь контактной поверхности прокладки F = 7,99 см2 ;

    3. Принимаем значения RS = 0,90 (К⋅ см²)/Вт , λ = 0,87 Вт/(м⋅K); для материала КПТД-2/1;

    4. Принимаем напряжение сжатия прокладки σ = 0,7 МПа, модуль упругости E =157,8 МПа/мм и рассчитываем ее остаточную толщину при сжатии по формуле 5: δ = 0,196 мм ;

    5. Рассчитываем удельное термическое сопротивление R = RS + δ / λ , R = 3,15 (К⋅ см²)/Вт< ;

    6. Определяем термическое сопротивление прокладки RF по формуле 4: RF = 0,394 К / Вт ;

    7. Рассчитываем перепад температур, используя формулу 1:ΔT = RF ⋅ Q     ΔT = 9,85 °С.

    Для примера 2 при применении материала КПТД-2/3-0,20-ЛК имеем:

    R0S = 0,67 (К⋅ см²)/Вт , E =157,8 МПа/мм , λ = 1,44 Вт/(м⋅ K) , R = 2,03 (К⋅ см²)/Вт , RF = 0,254 К / Вт , ΔT = 6,35 °С.

    Для примера 2 при применении материала КПТД-2М/3-0,20 имеем:

    R0S = 0,19 (К⋅ см²)/Вт , E =98,1 МПа/мм , λ = 1,44 Вт/(м⋅ K) , R = 1,53 (К⋅ см²)/Вт , RF = 0,191 К / Вт , ΔT = 4,79 °С.

    Теплопроводящие свойства типовых прокладок из материалов НОМАКОН™ КПТД-2
    Обозначение
    Вид Поверхность теплопередачи, см² Толщина прокладки, мм Термическое сопротивление , К/Вт, при напряжении сжатия 0,69 МПа (100 psi), стандартная / с липким слоем
    Марка материала
    КПТД-2/1 КПТД-2/2 КПТД-2/3
    2А4229 (ТО-3) 7,99 0,20
    0,30
    0,50
    1,00
    1,50
    2,00
    0,39/0,35
    0,53/0,50
    0,83/0,79
    1,54/1,50
    2,26/2,22
    2,98/2,94
    0,34/0,31
    0,45/0,42
    0,67/0,64
    1,22/1,19
    1,77/1,74
    2,32/2,23
    0,29/0,25
    0,38/0,34
    0,55/0,51
    0,99/0,95
    1,42/1,38
    1,86/1,82
    2А3521 (ТО-66) 5,00 0,20
    0,30
    0,50
    1,00
    1,50
    2,00
    0,63/0,57
    0,86/0,79
    1,32/1,25
    2,47/2,40
    3,62/3,55
    4,77/4,70
    0,55/0,50
    0,72/0,68
    1,08/1,03
    1,95/1,90
    2,83/2,78
    3,71/3,66
    0,47/0,41
    0,60/0,54
    0,88/0,82
    1,58/1,52
    2,27/2,21
    2,97/2,91
    2А2520 (ТО-3Р) 4,90 0,20
    0,30
    0,50
    1,00
    1,50
    0,64/0,58
    0,88/0,81
    1,35/1,28
    2,52/2,45
    3,69/3,63
    0,56/0,51
    0,74/0,69
    1,10/1,05
    1,99/1,94
    2,89/2,84
    0,47/0,41
    0,62/0,56
    0,90/0,84
    1,61/1,55
    2,37/2,26
    2А2318 (ТО-218, ТО-247) 4,04 0,20
    0,30
    0,50
    1,00
    1,50
    0,78/0,70
    1,06/0,98
    1,63/1,55
    3,05/2,98
    4,48/4,40
    0,68/0,62
    0,90/0,84
    1,33/1,27
    2,42/2,36
    3,50/3,44
    0,58/0,50
    0,75/0,67
    1,09/1,02
    1,95/1,88
    2,81/2,73
    2А1813 (ТО-220) 2,26 0,20
    0,30
    0,50
    1,00
    1,39/1,25
    1,90/1,76
    2,92/2,78
    5,46/5,32
    1,21/1,11
    1,60/1,50
    2,38/2,27
    4,32/4,21
    1,03/0,90
    1,34/1,20
    1,95/1,82
    3,49/3,35
    2А1310 (ТО-126) 1,22 0,20
    0,30
    0,50
    1,00
    2,58/2,31
    3,52/3,26
    5,40/5,14
    10,11/9,85
    2,25/2,05
    2,97/2,77
    4,40/4,21
    8,00/7,80
    1,91/1,66
    2,48/2,23
    3,61/3,37
    6,46/6,21
    2D25,4х6,5 (DО-5) 4,74 0,20
    0,30
    0,50
    1,00
    0,66/0,60
    0,91/0,84
    1,39/1,32
    2,60/2,54
    0,58/0,53
    0,76/0,71
    1,13/1,08
    2,06/2,01
    0,49/0,43
    0,64/0,57
    0,93/0,87
    1,66/1,60
    2D16х5 (DО-4) 1,81 0,20
    0,30
    0,50
    1,00
    1,74/1,56
    2,37/2,19
    3,64/3,47
    6,82/6,64
    1,52/1,38
    2,00/1,87
    2,97/2,84
    5,39/5,26
    1,28/1,12
    1,67/1,50
    2,44/2,27
    4,35/4,19



    ОБОЗНАЧЕНИЕ ПРИ ЗАКАЗЕ

    Обозначение листовых материалов КПТД-2

    Материал листовой теплопроводящий электроизоляционный
    НОМАКОН™ КПТД-2/2-H-LxB-ЛК ТУ РБ 100009933.004-2001
    или
    Лист BxL КПТД-2/2-Н-ЛК ТУ РБ 100009933.004-2001,


    где КПТД-2/2 – марка материала;
    -2 – материал второго типа (листовой армированный полимеризованный материал);
    /2 - – второй серии по составу керамического наполнителя (всего включены составы керамического наполнителя серий 1, 2, 3);
    H - толщина листа, мм;
    BxL – ширина х длина листа прямоугольной формы, мм;
    ЛК (или ЛП) - наличие липкого клеящего слоя, или липкой позиционирующей смазки на поверхности материала.



    Обозначение прокладок из листовых материалов КПТД-2:

    Прокладка 2А4229 КПТД-2M/1-H-ЛК ТУ РБ 100009933.004-2001,

    где 2А4229 – маркировка прокладки (не нормируется);
    КПТД-2M/1 – марка листового материала;
    H - толщина материала (прокладки), мм;
    ЛК (или ЛП) - наличие липкого клеящего слоя, или липкой позиционирующей смазки на поверхности материала.



    Рекомендуемая маркировка нестандартных прокладок при заказе:

    Прокладка 2К124х95, прокладка 2D16х6,5,

    где первая цифра 1 или 2 - обозначает отсутствие (1) или наличие (2) в прокладке отверстий или сложных вырезов согласно прилагаемому чертежу;
    буква – форма прокладки Р (R) – прокладка ромбической формы, К -прямоугольной, Т -трапециадальной, Д (D) -круглой (овальной), С -сложной формы;
    42х29 – максимальные размеры образующей прокладки (прямоугольник - длина х ширина), мм;
    16 – диаметр круглой прокладки,мм;
    6,5 – диаметр центрального отверстия в круглой прокладке.


    УКАЗАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ
    1. Листовые материалы КПТД-2 (КПТД-2М) и изделия из них (прокладки и подложки) используются в состоянии поставки. Перед применением снимите защитную полимерную пленку с поверхности материала.

    2. Определите требуемое усилие сжатия контактных поверхностей, между которыми устанавливается прокладка. При этом следует учитывать, что номинальное рабочее напряжение сжатия (МПа) определяет допустимую относительную деформацию листа материала в пределах от 10% до 50 % от его исходной толщины, при которой изготовителем гарантируются прочностные, электроизоляционные и теплопроводящие свойства, представленные в таблице «Технические характеристики».

    3. Предельное напряжение сжатия определяет относительную деформацию материала в пределах до 50% от его исходной толщины при которой не происходит потеря эластичности, и в последующем, при снятии напряжения сжатия материал восстанавливается до исходной толщины и сохраняет свои свойства. Не допускается эксплуатация прокладок из материалов КПТД-2 (КПТД-2М) при превышении предельного напряжения сжатия.

    4. Качество сжимающих поверхностей (прибора и радиатора для достижения нормируемых теплопередающих свойств прокладки должно соответствовать ГОСТ 265. Шероховатость сжимающих поверхностей не должна превышать Ra=0,63 мкм по ГОСТ 2789. Отклонение геометрии сжимающих поверхностей по плоскостности и параллельности должно быть не выше степени точности 7 по ГОСТ 24643. Наличие заусениц и других дефектов на контактных поверхностях может нарушить целостность прокладки, и, соответственно, требуемую электрическую изоляцию.

    5. Эффективность отвода тепла через прокладку из материала КПТД-2 определяется усилием сжатия поверхностей прибора и радиатора, их плоскостностью и параллельностью при сборке, а также наличием остаточных воздушных полостей между прокладкой и прижимными поверхностями. С целью максимального выдавливания воздушных полостей рекомендуется приложить прокладку глянцевой поверхностью или поверхностью с липким слоем к наиболее качественной прижимной поверхности и прикатать резиновым валиком.

    6. Для изоляции полупроводниковых приборов от корпуса радиатора при креплении винтами используйте втулки изолирующие НОМАКОН™ М2,5 и М3 из термостойкого полиамида.

    7. В случае применения прокладок большого формата с площадью поверхности от 20 до 1200 см² часто возникает проблема качественной подготовки контактных поверхностей. При этом толщины и эластичности прокладки бывает не достаточно, чтобы при сжатии компенсировать дефекты самих поверхностей, а также их плоскостность и параллельность при сборке. Чтобы не увеличивать толщину прокладки, приводящую к увеличению термического сопротивления, рекомендуется предварительно нанести на контактные поверхности соответствующую теплопроводную пасту НОМАКОН™ КПТД-3 и затем установить и прикатать прокладку.

    8. Запрещается хранение, манипулирование и эксплуатация материалов КПТД-2 (КПТД-2М) при температурах ниже минус 60ºС и выше плюс 250ºС.


    ГАРАНТИИ ИЗГОТОВИТЕЛЯ
    1. Изготовитель гарантирует соответствие листовых материалов НОМАКОН™ КПТД-2 и НОМАКОН™ КПТД-2М требованиям технических условий при соблюдении условий транспортирования, хранения и применения.

    2. Срок хранения материалов КПТД-2 (КПТД-2М) без липкого слоя в упаковке предприятия-изготовителя составляет 24 месяца.

    3. Срок хранения материалов КПТД-2 (КПТД-2М) с липким слоем и позиционирующей смазкой в упаковке предприятия-изготовителя составляет 6 месяцев.

    4. Потеря липкости материалов КПТД-2 (КПТД-2М) после истечения срока хранения у потребителя не является выбраковочным фактором.

    5. После истечения срока хранения материалы КПТД-2 и КПТД-2М испытывают перед каждым применением на соответствие требованиям технических условий. При условии соответствия материалы могут быть использованы по прямому назначению.

    6. Рекламации и претензии по качеству принимаются при возврате продукции в упаковке предприятия-изготовителя с предоставлением копий сопроводительных документов на полученную продукцию от предприятия-изготовителя (накладная, удостоверение о качестве).