Composés d'encapsulation thermiquement conducteurs : explication des valeurs λ
Lorsque les composants électroniques de puissance surchauffent, même le meilleur dissipateur thermique ne peut rien faire si la chaleur ne peut pas s'échapper du composant moulé. Les composés de moulage thermiquement conducteurs à haute valeur λ permettent justement cela : ils protègent les composants électroniques des influences environnementales tout en dissipant de manière ciblée la chaleur perdue. Mais que signifie concrètement la valeur λ, quelles charges augmentent la conductivité thermique et quand l'utilisation de composés d'encapsulation thermoconducteurs est-elle rentable ?
Pourquoi la conductivité thermique est-elle déterminante pour les composés d'encapsulation ?
Les composants électroniques modernes fonctionnent dans des espaces toujours plus réduits avec des densités de puissance croissantes. Les pilotes LED, les convertisseurs CC/CC, les systèmes de gestion de batterie ou les contrôleurs de moteur génèrent de la chaleur perdue qui doit être dissipée. Les composés d'encapsulation standard à base d'époxy ou de silicone offrent certes une excellente protection contre l'humidité, les produits chimiques et les contraintes mécaniques, mais ils ont un effet isolant sur le plan thermique.
Les conséquences d'une dissipation thermique insuffisante sont mesurables : pour chaque augmentation de 10 kelvins de la température de la jonction, la durée de vie des semi-conducteurs est statistiquement réduite de moitié (loi d'Arrhenius). Des points chauds apparaissent lorsque la chaleur n'est pas répartie uniformément. Les composants de puissance doivent être bridés (déclassement), ce qui empêche les systèmes d'atteindre leur pleine puissance. Dans les applications critiques telles que les batteries pour véhicules électriques ou les modules LED haute puissance, la surchauffe entraîne des pannes ou des risques pour la sécurité.
Les composés d'encapsulation thermoconducteurs résolvent ce problème en contenant des charges thermoconductrices. Celles-ci forment des chemins de conduction thermique à travers la matrice polymère et permettent le transfert de chaleur du composant vers le boîtier ou le circuit imprimé. Les formulations modernes combinent ainsi la fonction protectrice des composés d'encapsulation classiques avec une gestion thermique active.
Qu'est-ce que la valeur λ (lambda) ?
La valeur λ, également appelée conductivité thermique, décrit la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. L'unité physique est le watt par mètre et par kelvin (W/m·K). Une valeur λ élevée signifie une meilleure conduction thermique.
À titre de comparaison, valeurs λ typiques :
- Cuivre : 390 W/m·K (excellent conducteur thermique)
- Aluminium : 235 W/m·K
- Résine époxy standard : 0,2–0,3 W/m·K
- Silicone standard : 0,15–0,25 W/m·K
- Composé d'encapsulation thermoconducteur : 0,5–3,0 W/m·K
- Pâte thermique haute performance : jusqu'à 15 W/m·K
La mesure est effectuée selon des procédures normalisées telles que ASTM D5470 (méthode laser flash) ou ISO 22007 (méthode du disque chaud). Un flux thermique défini est conduit à travers un échantillon de matériau et la différence de température qui en résulte est mesurée. Important : la valeur λ est déterminée à l'état durci – les indications du fabricant se réfèrent toujours à des masses de scellement entièrement réticulées.
Conseil pratique : valeur λ contre résistance thermique
La valeur λ est une propriété du matériau, mais elle ne donne aucune indication sur l'effet de refroidissement réel. La résistance thermique Rth de l'ensemble de la couche d'encapsulation est déterminante : Rth = d / (λ × A), où d est l'épaisseur de la couche et A la surface. Une couche de 5 mm d'épaisseur avec λ = 1 W/m·K dissipe moins bien la chaleur qu'une couche de 2 mm avec λ = 0,8 W/m·K. Optimisez donc le choix des matériaux et la géométrie.
Comparaison : scellement standard vs thermoconducteur
Les différences entre les composés d'encapsulation conventionnels et thermoconducteurs vont au-delà de la valeur λ. Le tableau présente les profils de propriétés typiques :
| propriété | Composé d'encapsulation standard | Composé d'encapsulation thermiquement conducteur |
|---|---|---|
| Conductivité thermique λ | 0,2–0,3 W/m·K | 0,6–3,0 W/m·K |
| teneur en charges | 0 à 20 % en poids | 40 à 75 % en poids |
| Viscosité (non durci) | 1 000–10 000 mPa·s | 10 000–80 000 mPa·s |
| Dureté Shore (durci) | Shore A 30–80 | Shore A 50–90 / Shore D 30–60 |
| densité | 1,0–1,2 g/cm³ | 1,8–2,8 g/cm³ |
| traitement | Versement, dosage, vide en option | Dégazage sous vide recommandé, agitateur nécessaire |
| Prix (relatif) | € | €€–€€€ |
La teneur élevée en charges des composés d'encapsulation thermoconducteurs pose des défis : la viscosité augmente considérablement, ce qui rend la purge plus difficile. La densité plus élevée nécessite des systèmes de dosage adaptés. De plus, les charges ont tendance à se sédimenter lorsque le matériau reste inutilisé pendant une longue période avant d'être traité. En contrepartie, vous bénéficiez d'une dissipation thermique nettement améliorée tout en conservant la même capacité d'isolation électrique.
Les charges et leur effet
La conductivité thermique du composé d'encapsulation dépend directement du type, de la quantité et de la forme des charges utilisées. Les matrices polymères (époxy, silicone, polyuréthane) sont elles-mêmes de mauvais conducteurs thermiques ; seules les charges créent des chemins de conduction thermique continus. Les matériaux suivants sont utilisés :
Oxyde d'aluminium (Al₂O₃)
La charge la plus couramment utilisée pour les composés d'encapsulation thermoconducteurs. L'oxyde d'aluminium offre un excellent rapport qualité-prix et atteint des valeurs λ de 0,8 à 1,5 W/m·K à des taux de remplissage élevés (60 à 70 % en poids). Les particules blanches sont électriquement isolantes, chimiquement inertes et disponibles en différentes tailles de grains. La combinaison de différentes tailles de particules (distribution bimodale) permet d'optimiser la densité de remplissage : les particules fines comblent les espaces entre les particules grossières.
Nitrure de bore (BN)
Le nitrure de bore hexagonal est également appelé « graphite blanc » et présente une anisotropie thermique prononcée : la chaleur est très bien conduite le long des plans cristallins. Les composés de scellement contenant du BN atteignent des valeurs λ comprises entre 1,5 et 3,0 W/m·K tout en présentant une faible constante diélectrique, ce qui les rend idéaux pour les applications à haute fréquence. Inconvénient : le nitrure de bore est nettement plus cher que l'oxyde d'aluminium et son traitement est plus complexe, car les particules en forme de plaquettes ont tendance à s'orienter.
Nitrure d'aluminium (AlN)
Avec une conductivité thermique intrinsèque supérieure à 200 W/m·K, le nitrure d'aluminium fait partie des charges céramiques les plus efficaces. Les composés de scellement atteignent ainsi des valeurs λ allant jusqu'à 2,5 W/m·K. L'AlN est un isolant électrique et, contrairement au nitrure de bore, ne présente aucune anisotropie. Son coût élevé et sa sensibilité à l'humidité constituent toutefois des limites : l'AlN réagit avec l'eau pour former de l'oxyde d'aluminium et de l'ammoniac, ce qui nécessite un séchage et un stockage minutieux.
Charges métalliques (argent, aluminium)
Les paillettes d'argent ou la poudre d'aluminium permettent d'obtenir des conductivités thermiques supérieures à 3 W/m·K, mais au détriment de l'isolation électrique. Ces composés d'encapsulation électriquement conducteurs sont utilisés lorsque des connexions à la masse ou un blindage CEM sont spécifiquement requis. Ils ne conviennent pas aux applications d'isolation classiques.
Applications
Les composés d'encapsulation thermiquement conducteurs sont utilisés partout où les composants électroniques doivent être à la fois protégés et refroidis :
Éclairage LED et LED haute puissance
Les puces LED atteignent des densités de puissance de plusieurs watts par millimètre carré. La température de la jonction détermine la luminosité, la couleur et la durée de vie. Des composés d'encapsulation en silicone thermoconducteurs (λ = 0,8-1,2 W/m·K) encapsulent les modules LED et conduisent la chaleur vers le dissipateur thermique en aluminium. La flexibilité mécanique compense la dilatation thermique, tandis que la stabilité aux UV garantit une transparence à long terme. Les formulations Bluesil pour les applications LED atteignent une dureté Shore A de 40 à 60 pour des valeurs λ d'environ 1,0 W/m·K.
Électronique de puissance et convertisseurs de fréquence
Les modules IGBT, les circuits en pont MOSFET et les convertisseurs CC/CC génèrent des pertes considérables en mode de commutation. Les composés d'encapsulation à base d'époxy avec λ = 1,5–2,0 W/m·K offrent ici la résistance mécanique nécessaire (Shore D 50–70) et une résistance à la température jusqu'à 150 °C. La résistance élevée à la perforation protège contre les courants de fuite, tandis que la dissipation thermique empêche la surchauffe des couches barrières. Épaisseurs de couche typiques : 3–8 mm.
Mobilité électrique : systèmes de gestion des batteries et électronique de charge
Les applications automobiles exigent une résistance à des températures comprises entre -40 °C et +125 °C, une robustesse mécanique face aux vibrations et une durabilité à long terme. Les composés d'encapsulation en polyuréthane ou en silicone thermiquement conducteurs protègent les cartes BMS dans les batteries haute tension et dissipent la chaleur. Elles doivent également être conformes à la norme UL94-V0 en matière de protection contre les flammes. Exigences en matière de valeurs λ : au moins 1,0 W/m·K pour le refroidissement actif, jusqu'à 2,0 W/m·K pour les systèmes passifs.
Blocs d'alimentation et alimentations électriques
Les alimentations à découpage combinent une densité élevée de composants et une charge thermique permanente. Les transformateurs, redresseurs et condensateurs électrolytiques bénéficient d'un moulage thermoconducteur qui dirige la chaleur vers les boîtiers métalliques ou les plaques de base. Avec les silicones à 2 composants, la longue durée de vie en pot (20 à 60 minutes) permet de remplir complètement même les géométries complexes.
Critères de sélection : déterminer la valeur λ correcte
Une conductivité thermique plus élevée semble toujours être un avantage à première vue, mais elle s'accompagne de coûts plus élevés, d'un traitement plus difficile et souvent d'une dureté mécanique plus importante. Le choix du matériau doit être basé sur un calcul thermique :
1. Déterminer la puissance dissipée
Quelle puissance thermique P (en watts) doit être dissipée ? Valeurs issues des fiches techniques des semi-conducteurs de puissance ou des mesures effectuées en fonctionnement.
2. Définir la différence de température
Quelle différence de température ΔT entre le composant et le dissipateur thermique est autorisée ? Généralement : 20 à 40 Kelvin, en fonction de la température maximale de la jonction et de la température ambiante.
3. Calculer la résistance thermique
Rth = ΔT / P (unité : K/W). Il s'agit de la résistance thermique maximale admissible de la couche d'encapsulation.
4. Déterminer la valeur λ requise
λ = d / (Rth × A), où d est l'épaisseur de la couche de scellement en mètres et A la surface de transfert thermique en mètres carrés. Ajouter un coefficient de sécurité de 1,3 à 1,5 afin de compenser les tolérances de fabrication et le vieillissement.
Exemple de calcul : un module LED génère 10 W de chaleur perdue qui doit être dissipée via une couche de résine de 5 mm d'épaisseur et d'une surface de 50 cm². Différence de température admissible : 30 K.
- Rth = 30 K / 10 W = 3 K/W
- λ = 0,005 m / (3 K/W × 0,005 m²) = 0,33 W/m·K
- Avec un coefficient de sécurité de 1,4 : λ ≥ 0,46 W/m·K
Un composé de scellement avec λ = 0,8 W/m·K serait ici suffisant.
Autres critères de sélection : résistance chimique (liquides de refroidissement, huiles), plage de température, dureté Shore (absorption des vibrations), résistance d'isolation électrique (résistance au courant de fuite CTI), aptitude à la mise en œuvre (durée de vie en pot, désaération) et homologations (UL, REACH, RoHS).
Conseils d'utilisation
La viscosité élevée et la teneur en charges des composés d'encapsulation thermoconducteurs nécessitent des techniques de traitement adaptées :
Mélanger et homogénéiser
Les charges sédimentent pendant le stockage. Il est indispensable de bien mélanger le produit avant utilisation. Dans le cas des systèmes à 2 composants, les deux composants doivent être homogénéisés séparément avant d'être mélangés. Les mélangeurs planétaires ou les agitateurs à double vis garantissent une répartition homogène des charges. Durée de mélange : au moins 2 à 3 minutes pour les conditionnements de plus de 1 kg.
dégazage sous vide
Les inclusions d'air réduisent considérablement la conductivité thermique effective : une bulle d'air avec λ = 0,026 W/m·K agit comme une barrière thermique. Le dégazage à 10-50 mbar pendant 5-10 minutes après le mélange élimine l'air incorporé. Pour les grands volumes de coulée, il est également possible de couler directement dans la chambre à vide. Attention : un vide trop long réduit la durée de vie en pot des systèmes réactifs.
Dosage et comportement à l'écoulement
La viscosité est souvent comprise entre 20 000 et 60 000 mPa·s, ce qui est nettement supérieur à celle des produits d'encapsulation standard. Les pompes à engrenages ou les pompes à vis excentrique sont plus adaptées que les doseurs à piston. Pour les assemblages complexes, verser lentement le matériau d'encapsulation à partir du point le plus bas et le laisser remonter afin que l'air puisse s'échapper. Un chauffage à 30-40 °C réduit la viscosité et améliore la fluidité, mais raccourcit la durée de vie en pot.
durcissement
La forte teneur en charges ralentit la dissipation thermique pendant l'exothermie. Dans le cas de couches d'encapsulation épaisses (> 20 mm) et de systèmes époxy à réaction rapide, un dégagement de chaleur incontrôlé peut se produire. Solution : durcissement progressif (par exemple 2 h à 60 °C, puis 4 h à 80 °C) ou utilisation de formulations à durcissement lent. Les composés d'encapsulation à base de silicone durcissent sans exothermie.
Traitement ultérieur et contrôle qualité
Une fois le durcissement terminé, il convient de contrôler la qualité du moulage : contrôle visuel à la recherche de bulles, mesure de la dureté Shore pour vérifier la réticulation, enregistrement thermographique sous charge pour vérifier la dissipation thermique. Pour les applications critiques en matière de sécurité, la résistance à la perforation peut être contrôlée par échantillonnage.
Foire aux questions (FAQ)
Conclusion : améliorer de manière mesurable les performances thermiques
Les composés d'encapsulation thermoconducteurs sont plus qu'une simple amélioration : ils permettent de concevoir des composants électroniques qui ne fonctionneraient pas thermiquement avec un encapsulage standard. La valeur λ indique la capacité du matériau, mais l'effet de refroidissement réel dépend de l'épaisseur de la couche, de la surface et du système global. Les systèmes remplis d'oxyde d'aluminium offrent le meilleur rapport qualité-prix pour la plupart des applications, tandis que le nitrure de bore et le nitrure d'aluminium restent réservés à la gestion thermique haute performance.
Le traitement nécessite plus de soin que pour les enrobages standard : l'homogénéisation, le dégazage et une technique de dosage adaptée sont essentiels pour obtenir des résultats reproductibles. Vous en retirez des avantages mesurables : températures de barrière plus basses, durée de vie plus longue, performances système accrues et meilleure fiabilité.
Lors du choix, la règle suivante s'applique : autant de conductivité thermique que nécessaire, pas autant que possible. Un calcul thermique bien pensé évite la suringénierie et permet de maîtriser les coûts. Les composés d'encapsulation Bluesil offrent des solutions adaptées à différentes exigences λ, des formulations de silicone flexibles avec λ = 0,8 W/m·K aux systèmes hautement chargés avec λ = 2,5 W/m·K.
Composés d'encapsulation thermiquement conducteurs pour votre application
Nos spécialistes en matériaux vous aident à choisir le composé d'encapsulation thermoconducteur optimal, grâce à des calculs thermiques, la réalisation d'échantillons et des conseils de mise en œuvre. SILITECH propose des systèmes d'encapsulation Bluesil avec des valeurs λ comprises entre 0,6 et 3,0 W/m·K pour l'électronique, les LED, la mobilité électrique et les applications industrielles.
SILITECH AG
Worbstrasse 173
3073 Gümligen
Suisse
Tél. : +41 31 398 50 70
E-mail : info@silitech.ch
Composés d'encapsulation thermiquement conducteurs : explication des valeurs λ
Lorsque les composants électroniques de puissance surchauffent, même le meilleur dissipateur thermique ne peut rien faire si la chaleur ne peut pas s'échapper du composant moulé. Les composés de moulage thermiquement conducteurs à haute valeur λ permettent justement cela : ils protègent les composants électroniques des influences environnementales tout en dissipant de manière ciblée la chaleur perdue. Mais que signifie concrètement la valeur λ, quelles charges augmentent la conductivité thermique et quand l'utilisation de composés d'encapsulation thermoconducteurs est-elle rentable ?
Pourquoi la conductivité thermique est-elle déterminante pour les composés d'encapsulation ?
Les composants électroniques modernes fonctionnent dans des espaces toujours plus réduits avec des densités de puissance croissantes. Les pilotes LED, les convertisseurs CC/CC, les systèmes de gestion de batterie ou les contrôleurs de moteur génèrent de la chaleur perdue qui doit être dissipée. Les composés d'encapsulation standard à base d'époxy ou de silicone offrent certes une excellente protection contre l'humidité, les produits chimiques et les contraintes mécaniques, mais ils ont un effet isolant sur le plan thermique.
Les conséquences d'une dissipation thermique insuffisante sont mesurables : pour chaque augmentation de 10 kelvins de la température de la jonction, la durée de vie des semi-conducteurs est statistiquement réduite de moitié (loi d'Arrhenius). Des points chauds apparaissent lorsque la chaleur n'est pas répartie uniformément. Les composants de puissance doivent être bridés (déclassement), ce qui empêche les systèmes d'atteindre leur pleine puissance. Dans les applications critiques telles que les batteries pour véhicules électriques ou les modules LED haute puissance, la surchauffe entraîne des pannes ou des risques pour la sécurité.
Les composés d'encapsulation thermoconducteurs résolvent ce problème en contenant des charges thermoconductrices. Celles-ci forment des chemins de conduction thermique à travers la matrice polymère et permettent le transfert de chaleur du composant vers le boîtier ou le circuit imprimé. Les formulations modernes combinent ainsi la fonction protectrice des composés d'encapsulation classiques avec une gestion thermique active.
Qu'est-ce que la valeur λ (lambda) ?
La valeur λ, également appelée conductivité thermique, décrit la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. L'unité physique est le watt par mètre et par kelvin (W/m·K). Une valeur λ élevée signifie une meilleure conduction thermique.
À titre de comparaison, valeurs λ typiques :
- Cuivre : 390 W/m·K (excellent conducteur thermique)
- Aluminium : 235 W/m·K
- Résine époxy standard : 0,2–0,3 W/m·K
- Silicone standard : 0,15–0,25 W/m·K
- Composé d'encapsulation thermoconducteur : 0,5–3,0 W/m·K
- Pâte thermique haute performance : jusqu'à 15 W/m·K
La mesure est effectuée selon des procédures normalisées telles que ASTM D5470 (méthode laser flash) ou ISO 22007 (méthode du disque chaud). Un flux thermique défini est conduit à travers un échantillon de matériau et la différence de température qui en résulte est mesurée. Important : la valeur λ est déterminée à l'état durci – les indications du fabricant se réfèrent toujours à des masses de scellement entièrement réticulées.
Conseil pratique : valeur λ contre résistance thermique
La valeur λ est une propriété du matériau, mais elle ne donne aucune indication sur l'effet de refroidissement réel. La résistance thermique Rth de l'ensemble de la couche d'encapsulation est déterminante : Rth = d / (λ × A), où d est l'épaisseur de la couche et A la surface. Une couche de 5 mm d'épaisseur avec λ = 1 W/m·K dissipe moins bien la chaleur qu'une couche de 2 mm avec λ = 0,8 W/m·K. Optimisez donc le choix des matériaux et la géométrie.
Comparaison : scellement standard vs thermoconducteur
Les différences entre les composés d'encapsulation conventionnels et thermoconducteurs vont au-delà de la valeur λ. Le tableau présente les profils de propriétés typiques :
| propriété | Composé d'encapsulation standard | Composé d'encapsulation thermiquement conducteur |
|---|---|---|
| Conductivité thermique λ | 0,2–0,3 W/m·K | 0,6–3,0 W/m·K |
| teneur en charges | 0 à 20 % en poids | 40 à 75 % en poids |
| Viscosité (non durci) | 1 000–10 000 mPa·s | 10 000–80 000 mPa·s |
| Dureté Shore (durci) | Shore A 30–80 | Shore A 50–90 / Shore D 30–60 |
| densité | 1,0–1,2 g/cm³ | 1,8–2,8 g/cm³ |
| traitement | Versement, dosage, vide en option | Dégazage sous vide recommandé, agitateur nécessaire |
| Prix (relatif) | € | €€–€€€ |
La teneur élevée en charges des composés d'encapsulation thermoconducteurs pose des défis : la viscosité augmente considérablement, ce qui rend la purge plus difficile. La densité plus élevée nécessite des systèmes de dosage adaptés. De plus, les charges ont tendance à se sédimenter lorsque le matériau reste inutilisé pendant une longue période avant d'être traité. En contrepartie, vous bénéficiez d'une dissipation thermique nettement améliorée tout en conservant la même capacité d'isolation électrique.
Les charges et leur effet
La conductivité thermique du composé d'encapsulation dépend directement du type, de la quantité et de la forme des charges utilisées. Les matrices polymères (époxy, silicone, polyuréthane) sont elles-mêmes de mauvais conducteurs thermiques ; seules les charges créent des chemins de conduction thermique continus. Les matériaux suivants sont utilisés :
Oxyde d'aluminium (Al₂O₃)
La charge la plus couramment utilisée pour les composés d'encapsulation thermoconducteurs. L'oxyde d'aluminium offre un excellent rapport qualité-prix et atteint des valeurs λ de 0,8 à 1,5 W/m·K à des taux de remplissage élevés (60 à 70 % en poids). Les particules blanches sont électriquement isolantes, chimiquement inertes et disponibles en différentes tailles de grains. La combinaison de différentes tailles de particules (distribution bimodale) permet d'optimiser la densité de remplissage : les particules fines comblent les espaces entre les particules grossières.
Nitrure de bore (BN)
Le nitrure de bore hexagonal est également appelé « graphite blanc » et présente une anisotropie thermique prononcée : la chaleur est très bien conduite le long des plans cristallins. Les composés de scellement contenant du BN atteignent des valeurs λ comprises entre 1,5 et 3,0 W/m·K tout en présentant une faible constante diélectrique, ce qui les rend idéaux pour les applications à haute fréquence. Inconvénient : le nitrure de bore est nettement plus cher que l'oxyde d'aluminium et son traitement est plus complexe, car les particules en forme de plaquettes ont tendance à s'orienter.
Nitrure d'aluminium (AlN)
Avec une conductivité thermique intrinsèque supérieure à 200 W/m·K, le nitrure d'aluminium fait partie des charges céramiques les plus efficaces. Les composés de scellement atteignent ainsi des valeurs λ allant jusqu'à 2,5 W/m·K. L'AlN est un isolant électrique et, contrairement au nitrure de bore, ne présente aucune anisotropie. Son coût élevé et sa sensibilité à l'humidité constituent toutefois des limites : l'AlN réagit avec l'eau pour former de l'oxyde d'aluminium et de l'ammoniac, ce qui nécessite un séchage et un stockage minutieux.
Charges métalliques (argent, aluminium)
Les paillettes d'argent ou la poudre d'aluminium permettent d'obtenir des conductivités thermiques supérieures à 3 W/m·K, mais au détriment de l'isolation électrique. Ces composés d'encapsulation électriquement conducteurs sont utilisés lorsque des connexions à la masse ou un blindage CEM sont spécifiquement requis. Ils ne conviennent pas aux applications d'isolation classiques.
Applications
Les composés d'encapsulation thermiquement conducteurs sont utilisés partout où les composants électroniques doivent être à la fois protégés et refroidis :
Éclairage LED et LED haute puissance
Les puces LED atteignent des densités de puissance de plusieurs watts par millimètre carré. La température de la jonction détermine la luminosité, la couleur et la durée de vie. Des composés d'encapsulation en silicone thermoconducteurs (λ = 0,8-1,2 W/m·K) encapsulent les modules LED et conduisent la chaleur vers le dissipateur thermique en aluminium. La flexibilité mécanique compense la dilatation thermique, tandis que la stabilité aux UV garantit une transparence à long terme. Les formulations Bluesil pour les applications LED atteignent une dureté Shore A de 40 à 60 pour des valeurs λ d'environ 1,0 W/m·K.
Électronique de puissance et convertisseurs de fréquence
Les modules IGBT, les circuits en pont MOSFET et les convertisseurs CC/CC génèrent des pertes considérables en mode de commutation. Les composés d'encapsulation à base d'époxy avec λ = 1,5–2,0 W/m·K offrent ici la résistance mécanique nécessaire (Shore D 50–70) et une résistance à la température jusqu'à 150 °C. La résistance élevée à la perforation protège contre les courants de fuite, tandis que la dissipation thermique empêche la surchauffe des couches barrières. Épaisseurs de couche typiques : 3–8 mm.
Mobilité électrique : systèmes de gestion des batteries et électronique de charge
Les applications automobiles exigent une résistance à des températures comprises entre -40 °C et +125 °C, une robustesse mécanique face aux vibrations et une durabilité à long terme. Les composés d'encapsulation en polyuréthane ou en silicone thermiquement conducteurs protègent les cartes BMS dans les batteries haute tension et dissipent la chaleur. Elles doivent également être conformes à la norme UL94-V0 en matière de protection contre les flammes. Exigences en matière de valeurs λ : au moins 1,0 W/m·K pour le refroidissement actif, jusqu'à 2,0 W/m·K pour les systèmes passifs.
Blocs d'alimentation et alimentations électriques
Les alimentations à découpage combinent une densité élevée de composants et une charge thermique permanente. Les transformateurs, redresseurs et condensateurs électrolytiques bénéficient d'un moulage thermoconducteur qui dirige la chaleur vers les boîtiers métalliques ou les plaques de base. Avec les silicones à 2 composants, la longue durée de vie en pot (20 à 60 minutes) permet de remplir complètement même les géométries complexes.
Critères de sélection : déterminer la valeur λ correcte
Une conductivité thermique plus élevée semble toujours être un avantage à première vue, mais elle s'accompagne de coûts plus élevés, d'un traitement plus difficile et souvent d'une dureté mécanique plus importante. Le choix du matériau doit être basé sur un calcul thermique :
1. Déterminer la puissance dissipée
Welche thermische Leistung P (in Watt) muss abgeführt werden? Werte aus Datenblättern der Leistungshalbleiter oder Messungen im Betrieb.
2. Définir la différence de température
Quelle différence de température ΔT entre le composant et le dissipateur thermique est autorisée ? Généralement : 20 à 40 Kelvin, en fonction de la température maximale de la jonction et de la température ambiante.
3. Calculer la résistance thermique
Rth = ΔT / P (unité : K/W). Il s'agit de la résistance thermique maximale admissible de la couche d'encapsulation.
4. Déterminer la valeur λ requise
λ = d / (Rth × A), où d est l'épaisseur de la couche de scellement en mètres et A la surface de transfert thermique en mètres carrés. Ajouter un coefficient de sécurité de 1,3 à 1,5 afin de compenser les tolérances de fabrication et le vieillissement.
Exemple de calcul : un module LED génère 10 W de chaleur perdue qui doit être dissipée via une couche de résine de 5 mm d'épaisseur et d'une surface de 50 cm². Différence de température admissible : 30 K.
- Rth = 30 K / 10 W = 3 K/W
- λ = 0,005 m / (3 K/W × 0,005 m²) = 0,33 W/m·K
- Avec un coefficient de sécurité de 1,4 : λ ≥ 0,46 W/m·K
Un composé de scellement avec λ = 0,8 W/m·K serait ici suffisant.
Autres critères de sélection : résistance chimique (liquides de refroidissement, huiles), plage de température, dureté Shore (absorption des vibrations), résistance d'isolation électrique (résistance au courant de fuite CTI), aptitude à la mise en œuvre (durée de vie en pot, désaération) et homologations (UL, REACH, RoHS).
Conseils d'utilisation
La viscosité élevée et la teneur en charges des composés d'encapsulation thermoconducteurs nécessitent des techniques de traitement adaptées :
Mélanger et homogénéiser
Les charges sédimentent pendant le stockage. Il est indispensable de bien mélanger le produit avant utilisation. Dans le cas des systèmes à 2 composants, les deux composants doivent être homogénéisés séparément avant d'être mélangés. Les mélangeurs planétaires ou les agitateurs à double vis garantissent une répartition homogène des charges. Durée de mélange : au moins 2 à 3 minutes pour les conditionnements de plus de 1 kg.
dégazage sous vide
Les inclusions d'air réduisent considérablement la conductivité thermique effective : une bulle d'air avec λ = 0,026 W/m·K agit comme une barrière thermique. Le dégazage à 10-50 mbar pendant 5-10 minutes après le mélange élimine l'air incorporé. Pour les grands volumes de coulée, il est également possible de couler directement dans la chambre à vide. Attention : un vide trop long réduit la durée de vie en pot des systèmes réactifs.
Dosage et comportement à l'écoulement
La viscosité est souvent comprise entre 20 000 et 60 000 mPa·s, ce qui est nettement supérieur à celle des produits d'encapsulation standard. Les pompes à engrenages ou les pompes à vis excentrique sont plus adaptées que les doseurs à piston. Pour les assemblages complexes, verser lentement le matériau d'encapsulation à partir du point le plus bas et le laisser remonter afin que l'air puisse s'échapper. Un chauffage à 30-40 °C réduit la viscosité et améliore la fluidité, mais raccourcit la durée de vie en pot.
durcissement
La forte teneur en charges ralentit la dissipation thermique pendant l'exothermie. Dans le cas de couches d'encapsulation épaisses (> 20 mm) et de systèmes époxy à réaction rapide, un dégagement de chaleur incontrôlé peut se produire. Solution : durcissement progressif (par exemple 2 h à 60 °C, puis 4 h à 80 °C) ou utilisation de formulations à durcissement lent. Les composés d'encapsulation à base de silicone durcissent sans exothermie.
Traitement ultérieur et contrôle qualité
Une fois le durcissement terminé, il convient de contrôler la qualité du moulage : contrôle visuel à la recherche de bulles, mesure de la dureté Shore pour vérifier la réticulation, enregistrement thermographique sous charge pour vérifier la dissipation thermique. Pour les applications critiques en matière de sécurité, la résistance à la perforation peut être contrôlée par échantillonnage.
Foire aux questions (FAQ)
Conclusion : améliorer de manière mesurable les performances thermiques
Les composés d'encapsulation thermoconducteurs sont plus qu'une simple amélioration : ils permettent de concevoir des composants électroniques qui ne fonctionneraient pas thermiquement avec un encapsulage standard. La valeur λ indique la capacité du matériau, mais l'effet de refroidissement réel dépend de l'épaisseur de la couche, de la surface et du système global. Les systèmes remplis d'oxyde d'aluminium offrent le meilleur rapport qualité-prix pour la plupart des applications, tandis que le nitrure de bore et le nitrure d'aluminium restent réservés à la gestion thermique haute performance.
Le traitement nécessite plus de soin que pour les enrobages standard : l'homogénéisation, le dégazage et une technique de dosage adaptée sont essentiels pour obtenir des résultats reproductibles. Vous en retirez des avantages mesurables : températures de barrière plus basses, durée de vie plus longue, performances système accrues et meilleure fiabilité.
Lors du choix, la règle suivante s'applique : autant de conductivité thermique que nécessaire, pas autant que possible. Un calcul thermique bien pensé évite la suringénierie et permet de maîtriser les coûts. Les composés d'encapsulation Bluesil offrent des solutions adaptées à différentes exigences λ, des formulations de silicone flexibles avec λ = 0,8 W/m·K aux systèmes hautement chargés avec λ = 2,5 W/m·K.
Composés d'encapsulation thermiquement conducteurs pour votre application
Nos spécialistes en matériaux vous aident à choisir le composé d'encapsulation thermoconducteur optimal, grâce à des calculs thermiques, la réalisation d'échantillons et des conseils de mise en œuvre. SILITECH propose des systèmes d'encapsulation Bluesil avec des valeurs λ comprises entre 0,6 et 3,0 W/m·K pour l'électronique, les LED, la mobilité électrique et les applications industrielles.
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