Colle thermoconductrice - comment bien refroidir un composant?
Les colles thermoconductrices assemblent dissipateurs et composants de puissance tout en évacuant la chaleur. Ce guide explique le choix selon la conductivité thermique (W/mK), l'isolation électrique, l'épaisseur du joint et la bonne polymérisation.
Voir les collesQu'est-ce qui définit une colle thermoconductrice?
Une colle thermoconductrice est un adhésif chargé, souvent à base époxy ou silicone, qui transfère la chaleur des composants de puissance vers le dissipateur tout en assemblant durablement les deux pièces. La valeur clé est la conductivité thermique en W/mK: les colles électroniques standard se situent entre 0,5 et 2 W/mK, les versions très chargées atteignent 3 à 10 W/mK.
La chaleur circule à travers des charges céramiques comme l'oxyde d'aluminium, le nitrure de bore ou le nitrure d'aluminium. Les colles chargées au métal (argent) conduisent le mieux mais sont électriquement conductrices, donc réservées à des points de contact définis.
Isoler ou conduire - quel type choisir?
Le premier choix est le comportement électrique. Si la colle doit séparer électriquement les deux pièces, par exemple un boîtier de transistor face à un dissipateur à la masse, choisissez une colle électriquement isolante avec une résistivité volumique supérieure à 10¹² Ω·cm et une rigidité diélectrique suffisante.
- Isolante (Al₂O₃, nitrure de bore): sépare électriquement, idéale pour boîtiers TO sur dissipateur à la masse.
- Conductrice (chargée argent): résistance thermique la plus basse, mais conductrice - uniquement où le contact est voulu.
- Base silicone: souple, adaptée aux forts écarts de température et aux coefficients de dilatation différents.
- Base époxy: tenue mécanique et résistance chimique élevées, mais plus rigide.
Comment obtenir un joint mince sans bulles?
La meilleure colle échoue avec une mauvaise mise en oeuvre. Nettoyez les deux surfaces pour les dégraisser, appliquez une couche mince et régulière et assemblez sous légère pression pour que le joint reste mince et sans bulles. L'air emprisonné agit comme un isolant et dégrade nettement le refroidissement.
Les colles monocomposant (1K) polymérisent à température ambiante ou sous chaleur, se dosent facilement et conviennent aux petites séries. Les systèmes bicomposant (2K) offrent une tenue plus élevée et une prise plus rapide, mais exigent un rapport de mélange exact et un contrôle du temps d'emploi.
- Nettoyer les surfaces à l'isopropanol et laisser évaporer complètement.
- Choisir un dépôt en point ou en cordon pour mouiller toute la surface à l'assemblage.
- Maintenir en position jusqu'à la tenue à la manipulation (pince, ressort, gabarit).
- Respecter les indications du fabricant sur temps d'emploi, durée et température de cuisson.
- Monter la température par paliers pour éviter contraintes et bulles.
Questions fréquentes
Colle thermoconductrice ou pâte thermique - quelle différence?
La pâte assure seulement le contact thermique et nécessite une fixation mécanique séparée. La colle assemble en plus durablement les pièces, remplaçant vis ou clip, mais elle ne se retire pas sans dommage.
Quelle valeur en W/mK me faut-il?
Pour des cas simples, 0,5 à 1 W/mK suffisent. Pour semi-conducteurs de puissance, modules LED ou alimentations, 2 à 3 W/mK sont pertinents, davantage aux fortes pertes. Un joint mince et sans bulles compte tout autant.
La colle doit-elle isoler électriquement?
Seulement si les pièces collées doivent rester séparées, comme un boîtier sous tension sur un dissipateur à la masse. Il faut alors un type isolant. Les colles chargées argent conduisent le courant et ne doivent pas y être employées.
Quelle épaisseur pour la couche de colle?
Aussi mince que possible, typiquement 50 à 150 µm. Chaque micron supplémentaire augmente la résistance thermique. Un joint mince, régulier et sans bulles prime souvent sur une valeur W/mK élevée.
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