ТЕПЛОПРОВОДЯЩИЕ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ВЫСОКОЭЛАСТИЧНЫЕ ГЕЛЕВЫЕ ЛИСТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ НОМАКОН™ КПТД-2М





Материалы КПТД-2М благодаря особому эластичному гелеобразному силикону чрезвычайно легко деформируются (растекаются) при сжатии и плотно прилегают ко всем компонентам печатной платы, заполняя неровности и пустоты. Такие материалы при толщине листа 0,25-6,0 мм могут служить прокладкой между всей печатной платой и теплоотводящим элементом, например, металлическим корпусом устройства или радиатором, обеспечивая качественный 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 современных материалов Gap Pad®, Gap Filler® и Softtherm® известных производителей.


Материалы КПТД-2М выпускаются в виде листов прямоугольной формы. Стандартные размеры листов 150х110 мм и 150х220 мм. Нормируемая толщина листов при заказе составляет 0,25, 0,50, 0,75, 1,0, 1,5, 2,0, 3,0, 4,0, 5,0 и 6,0 мм. Размеры и толщина других нестандартных листов при поставке согласуются с потребителями.

Материалы НОМАКОНтм КПТД-2М обеспечивают эффективный отвод тепла и электрическую изоляцию за счет повышенных теплопроводящих и диэлектрических свойств керамических наполнителей, комформности к контактным поверхностям (имеют двухстороннюю природную липкость), а также выраженной термической релаксации.

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

Материалы марки КПТД-2М/2 изготавливаются на основе микропорошков оксидной и нитридной керамики, спеченных по уникальной технологии в среде высокоочищенного азота при температуре выше 1200 ºС (β-Кристален™). Материалы марки КПТД-2М/3 изготавливаются на основе микропорошков нитридной керамики.

Листовые материалы НОМАКОН™ 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 материалов КПТД-2М достигаются за счет следующих технологических приемов:
  • применение гелевой силиконовой основы с максимальной эластичностью (пенетрацией) и остаточной поверхностной липкостью;
  • максимальное наполнение силиконовой основы микропорошком при оптимальном сочетании различных фракций микропорошков теплопроводящего керамического наполнителя;
  • применение специально разработанных теплопроводящих диэлектрических микропорошков α-Кристалентм, β-Кристалентм 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 для материалов толщиной 0,25-1,5 мм;
  • применение технологии глянцевой калибровки поверхности листа с целью достижения максимальной конформности к прижимным поверхностям.


ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НОМАКОН™ КПТД-2М
Наименование
Норма по ТУ РБ 100009933.004-2001 Методы контроля
Марка материала
КПДТ-2М/1
КПДТ-2М/2
КПДТ-2М/3
Внешний вид Высокоэластичный 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 / Шору OO , единиц 4-10 / 30-40 ГОСТ 263
Толщина, мм от 0,20 до 6,0 ГОСТ 11358
Липкость, Н/м, не менее 100 ГОСТ 28019
Номинальное рабочее напряжение сжатия, МПа, не менее, при толщине материала, мм
   0,20
   0,30
   0,50


2,2
1,5
0,6
ГОСТ 26605 п.5.12 ТУ
Предельное напряжение сжатия, МПа, не менее, при толщине материала, мм
   0,20
   0,30
   0,50


7,5
5,5
2,8
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
2,50

2,00

1,60


ASTM E 1530
ГОСТ 12.4.145

(¹) - Цвет может быть изменен по согласованию с потребителем


Материалы КПТД-2M 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-2М
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 высокой эластичности термическое сопротивление материалов КПТД-2M стабилизируется уже при напряжении сжатия 0,4-0,7 МПа (см. график зависимости удельного термического сопротивления от напряжения сжатия). Для материалов толщиной 0,25-1,0 мм при напряжении сжатия до 0,7 МПа изменение толщины при сжатии с достаточной точностью возможно рассчитать по формуле 5 с учетом зависимости 11 раздела «ОПИСАНИЕ – Эластичность (сжимаемость) КПТД-материалов». При последующем увеличении напряжения сжатия термическое сопротивление зависит лишь от остаточной толщины материала. При нанесении дополнительно липкого слоя или позиционирующей смазки суммарное удельное контактное термическое сопротивление для тонких листов снижается незначительно (см. величину R0S ).

Значение термического сопротивления прокладок из различных марок и толщин материалов КПТД-2М возможно определить, используя следующие значения эмпирических коэффициентов:

- материал листовой КПТД-2M/1    RS = 0,23 (К⋅ см²)/Вт , R0S = 0,19 (К⋅ см²)/Вт , λ = 0,87 Вт/(м⋅K);

- материал листовой КПТД-2M/2     RS = 0,23 (К⋅ см²)/Вт , R0S = 0,19 (К⋅ см²)/Вт , λ = 1,14 Вт/(м⋅K);

- материал листовой КПТД-2M/3    
RS = 0,23 (К⋅ см²)/Вт , R0S = 0,19 (К⋅ см²)/Вт , λ = 1,44 Вт/(м⋅K);

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

Пример 3. В условиях примера 1 (см. раздел сайта «Компаунды заливочные теплопроводящие электроизоляционные КПТД-1») плата контроллера двигателя с целью комплексного отвода тепла устанавливается в алюминиевый корпус через теплопроводящую электроизолирующую прокладку из материала НОМАКОН™ КПТД-2М/1-0,50. Усилие сжатия прокладки при монтаже составило P = 365 H.

1. По маркировке материала принимаем исходную толщину прокладки δ0 = 0,50 мм ;

2. Принимаем значения RS = 0,23 (К⋅ см²)/Вт , λ = 0,87 Вт/(м⋅K); для материала КПТД-2M/1;

3. Принимаем полученное напряжение сжатия прокладки при монтаже σ = 0,35 МПа из формулы 6, модуль упругости E =27,8 МПа/мм по формуле 11 и остаточную толщину по формуле 5: δ = 0,487 мм ;

4. Рассчитываем удельное термическое сопротивление R = RS + δ / λ , R = 5,83 (К⋅ см²)/Вт ;

6. Определяем термическое сопротивление прокладки RF по формуле 4: RF = 0,556 К / Вт ;

7. Рассчитываем перепад температур, используя формулу 1:ΔT = RF ⋅ Q     ΔT = 8,3 °С.

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

λ = 1,44 Вт/(м⋅ K) , R = 3,62 (К⋅ см²)/Вт , RF = 0,344 К / Вт , ΔT = 5,16 °С.


ОБОЗНАЧЕНИЕ ПРИ ЗАКАЗЕ

Обозначение листовых материалов КПТД-2M

Материал листовой теплопроводящий электроизоляционный
НОМАКОН™ КПТД-2М/1-H-LxB ТУ РБ 100009933.004-2001
или
Лист BxL КПТД-2М/1-Н ТУ РБ 100009933.004-2001,


где КПТД-2M/1 – марка материала;
-2M – материал второго типа «мягкий» (листовой высокоэластичный гелевый полимеризованный материал);
/1 - – первой 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;



УКАЗАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ
1. Материалы КПТД-2М используются в состоянии поставки. Перед применением произведите разметку и вырежьте нужную прокладку, не снимая защитных пленок с поверхности материала. Затем снимите лицевую защитную пленку и приклейте прокладку к одной из контактных теплопередающих поверхностей. Аккуратно снимите с прокладки вторую защитную пленку и прижмите к поверхности материала другую теплопередающую поверхность.

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 материала 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 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-2М требованиям технических условий при соблюдении условий транспортирования, хранения и применения.

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

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

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

5. После истечения срока хранения материалы 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).