ترکیبات رسانا

ترکیبات رسانا یک مسیر رسانای الکتریکی و/یا حرارتی بین اجزا ایجاد می کنند. دو نوع اصلی از ترکیبات رسانا وجود دارد، رسانای الکتریکی و رسانای حرارتی.

ترکیبات رسانای الکتریکی مقاومت کمی دارند و برای جلوگیری از تخلیه الکترواستاتیک (ESD)، تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تداخل فرکانس رادیویی (RFI) استفاده می‌شوند. آنها همچنین در متالیزاسیون فیلم ضخیم و اتصالات الکتریکی استفاده می شوند.

برای بهبود اتلاف گرما، ترکیبات رسانای حرارتی بین یک دستگاه الکتریکی مولد گرما و یک هیت سینک اعمال می شود. این محصولات به گونه ای طراحی شده اند که یک لایه رسانای حرارتی، چه بین اجزا و چه در داخل یک محصول نهایی تشکیل دهند. ترکیبات رسانای حرارتی می توانند شامل رزین ها، ترکیبات گلدانی و کپسول ها باشند. ترکیبات رسانای الکتریکی و رسانای حرارتی هر دو به اشکال مختلف در دسترس هستند.

ترکیبات رسانا در بسیاری از صنایع مهم هستند زیرا از الکتریسیته ساکن جلوگیری می کنند. اگر این پدیده طبیعی روی پمپ‌های سوخت، کیسه‌های پلی اتیلن یا ابزارهای مورد استفاده در فضاهای محدود جمع شود، می‌تواند منجر به فاجعه شود. یک جرقه می تواند باعث آتش سوزی در فضاهایی مانند معادن یا تونل شود. همچنین می تواند به الکترونیک حساس آسیب برساند و رسانه های مغناطیسی را پاک یا تغییر دهد. ترکیبات رسانا دارای نرخ پوسیدگی هستند که در نانوثانیه اندازه گیری می شود، که به اندازه کافی فوری است تا یک مسیر زمینی ایجاد کند و بارهای الکتریکی قوی تر را دفع کند.

مشخصات ترکیبات رسانا

فرم مواد 

انواع اشکال مواد ترکیبی رسانا عبارتند از:

رزین های چسب و ریخته گری برای اتصال قطعات الکتریکی یا الکترونیکی مانند ترکیبات باندینگ قالب استفاده می شود. آنها به سطوح تمیزی نیاز دارند که با چسب سازگار باشد. چسب ها جایگزینی برای لحیم کاری قلع سرب هستند. مزایای زیادی از جمله سهولت پردازش، دمای پخت کم و حذف نیاز به تمیز کردن پس از فرآیند باندینگ وجود دارد. چسب ها معمولاً به دلیل استحکام چسبندگی بالا، رطوبت کم، خواص تنش زدایی و ضریب انبساط حرارتی پایین انتخاب می شوند.

گریس ها و خمیرها دارای ویسکوزیته کافی برای آب بندی مفاصل، دهانه ها یا اتصالات بدون کاهش یا نشتی از شکاف هستند. سیلانت های خلاء فشار بخار پایینی برای جلوگیری از نشت گازها به سیستم دارند. گریس ها در شرایط مصرف نهایی معمولی پخت یا پلیمریزه نمی شوند. خمیرها بسته به ترکیب ممکن است خشک یا سفت شوند.

کپسول‌ها که به عنوان پوشش‌های هم‌نظم نیز شناخته می‌شوند، ترکیباتی هستند که برای آب‌بندی یا پوشاندن یک عنصر یا مدار در برابر نفوذ مکانیکی و محیطی استفاده می‌شوند. به طور معمول، لایه های محصور شده کمتر از 100 میل ضخامت دارند.

ترکیبات پرکننده شکاف یا ترکیبات زیر پر برای پر کردن شکاف ها یا فضاهای بین دو سطحی که قرار است باند یا آب بندی شوند استفاده می شود. مواد ورق انعطاف‌پذیر و همچنین درزگیرها یا ترکیبات فرم در محل (FIP) برای پر کردن شکاف‌های بین درزها یا روی سطوح برای محتوی مایعات، جلوگیری از نشت و جلوگیری از نفوذ مواد ناخواسته استفاده می‌شوند.

سیستم های مواد

سیستم های شیمیایی و مواد پرکننده زیادی برای ترکیبات رسانا وجود دارد. برخی از سیستم های شیمیایی شامل:

• اکریلیک

• الاستومرها

• لاستیک های طبیعی یا مصنوعی

• رزین های اپوکسی

• سیمان های سرامیکی یا معدنی

• ترکیبات سیلیکونی

• سیستم های وینیل

• پلی آمیدها یا پلی آمیدها

• رزین های ترموست بیسمالیمید (BMI).

• ترکیبات سلولزی یا سلولزی

• فلوروپلیمرها

• پلیمرهای کریستال مایع (LCP)

• پلی بوتادین

• پلی کربنات (PC )

• پلی اتیلن (PE)

• پلی استر

• پلی الفین

• پلی پروپیلن (PP)

• پلی سولفید

• پلی اورتان (PU، PUR)

• رزین های فنولیک / فرمالدئید

مشخصات مواد

پلاستیک های رسانا مزایای زیادی نسبت به فلزات یا پوشش های سورفکتانت دارند. وزن آن‌ها سبک‌تر است، حمل و ساخت آن‌ها راحت‌تر است، فرورفتگی یا تراشه ندارند و هزینه حمل پلاستیک‌ها کمتر است.

بر پایه لاستیک - الاستومرها و مواد لاستیکی با درجه بالایی از انعطاف پذیری و کشش (ازدیاد طول قابل برگشت) مشخص می شوند. لاستیک طبیعی، لاستیک مصنوعی یا درزگیرها و چسب های الاستومری می توانند بر اساس سیستم های مختلفی مانند سیلیکون، پلی اورتان، کلروپرن، بوتیل، پلی بوتادین، ایزوپرن یا نئوپرن باشند. 

رزین های مبتنی بر آب - رزین های چسبنده مبتنی بر آب یا آب، سیستم های رزینی محلول در آب یا بر پایه امولسیون آب هستند که معمولاً حاوی هیچ حلال VOC نیستند. رزین های چسب پایه آب معمولاً مشکلات کنترل محیطی یا نظارتی کمتری دارند. 

بر پایه حلال - رزین های چسب مبتنی بر حلال از یک حلال آلی فرار (VOC) برای نازک شدن یا تغییر ویسکوزیته استفاده می کنند. به طور معمول، رزین های چسب مبتنی بر حلال منجر به مشکلات کنترل محیطی یا نظارتی بیشتری می شوند. بسته به کارخانه یا محل کار، حلال ها همچنین می توانند خطر آتش سوزی یا خطر انفجار را ایجاد کنند.

ترکیب بندی

ترکیبات رسانا می توانند مواد پرکننده را به ترکیب اضافه کنند. برای مواد پرکننده، برخی از چسب‌ها و ترکیبات رسانا حاوی فیبر آرامید، فیبر خرد شده، پودر کربن یا پودر گرافیت هستند. سایر محصولات حاوی پرکننده های شیشه، پرکننده های فلزی یا ترکیبات معدنی هستند. محصولات پر نشده نیز موجود است.

به طور معمول، این مواد خام به عنوان اجزای اولیه برای تولید ترکیبات نهایی استفاده می شود.

فن آوری های درمان

چندین فناوری پخت برای ترکیبات رسانا وجود دارد.

مشخصات ترکیبات رسانا

انتخاب ترکیبات رسانا نیاز به تجزیه و تحلیل خواص فیزیکی، مکانیکی، حرارتی، الکتریکی و نوری دارد.

خواص حرارتی

خواص حرارتی عبارتند از:

دمای استفاده محدوده دمایی است که یک محصول می تواند بدون تخریب ساختاری یا سایر خواص مورد نیاز مصرف نهایی در معرض آن قرار گیرد.

هدایت حرارتی عبارت است از انتقال خطی حرارت در واحد سطح از طریق یک ماده برای یک گرادیان دمایی اعمال شده معین. این با معادله نشان داده می شود:

شار حرارتی

رسانایی گرمایی

گرادیان دما

دو نوع هدایت حرارتی وجود دارد: ناهمسانگرد و ایزوتروپ. ناهمسانگرد زمانی را توصیف می کند که یک گرادیان دما در یک ماده وجود داشته باشد. گرما همیشه از مناطق گرمتر به مناطق سردتر برای رسیدن به تعادل حرارتی جریان دارد. ناهمسانگرد به این معنی است که رسانایی حرارتی ماده به جهت جریان گرما در ماده بستگی دارد. ایزوتروپیک زمانی را توصیف می کند که رسانایی حرارتی در همه جهات معادل جریان گرما باشد. مواد ایزوتروپیک بیشتر یافت می شوند.

ضریب انبساط حرارتی (CTE) مقدار انبساط یا انقباض خطی است که در یک ماده با تغییر دما رخ می دهد.

مشخصات فیزیکی

خواص فیزیکی عبارتند از:

• ویسکوزیته اندازه گیری مقاومت سیال در برابر جریان است. ویسکوزیته آب کمتر از روغن موتور یا عسل است. ویسکوزیته روغن کمتر از قطران یا ملاس است. بسته به روش کاربرد، ویسکوزیته تعیین می‌کند که یک رزین چقدر حفره‌ها یا فضاهای خالی یک قالب را پر می‌کند.

• پر کردن شکاف ناحیه‌ای را توصیف می‌کند که در آن محصولات در یک ضخامت سطح عملکردی خاص یا بین دو سطح (ضخامت «شکاف پر») اعمال می‌شوند تا از رعایت معیارهای عملکرد مانند استحکام، مقاومت الکتریکی و غیره اطمینان حاصل شود.

• شاخص جریان مذاب (MFI) جریان خروجی است که در یک دوره 10 دقیقه ای از طریق یک قالب استاندارد رخ می دهد در حالی که یک فشار ثابت از طریق یک پیستون به مذاب 190 درجه سانتی گراد اعمال می شود.

• جذب آب مقدار آب جذب شده توسط مواد است.

ویژگی های مکانیکی

خواص مکانیکی ترکیبات رسانا عبارتند از:

• استحکام کششی در هنگام شکست حداکثر مقدار تنش مورد نیاز برای شکستن ماده در شرایط آزمایش بارگذاری کششی یا شکست موردی است. به طور معمول، آزمایش های کششی بر اساس استانداردهای روش آزمایش مانند ASTM D-638 انجام می شود . استانداردهای اضافی در زیر ذکر شده است.

• مدول کشش و ازدیاد طول ، مقدار تغییر شکل به صورت درصدی است که در طول آزمایش کشش یا سایر آزمون های مکانیکی رخ می دهد.

خواص الکتریکی و نوری

خواص الکتریکی و نوری ترکیبات رسانا عبارتند از:

خواص الکتریکی

• استحکام دی الکتریک حداکثر میدان ولتاژی است که ماده می تواند قبل از وقوع شکست الکتریکی تحمل کند.

• ثابت دی الکتریک یک ویژگی الکتریکی مهم است. این ثابت گذردهی نسبی یک ماده در مقایسه با خلاء یا فضای آزاد است. به عنوان یک معادله به صورت زیر بیان می شود:

مجاز بودن مطلق

x 10 -2 F/mگذردهی مطلق یک خلاء 8.88   

خواص نوری

• شاخص شکست اندازه گیری سرعت نور در یک ماده است.

• انتقال مقدار نوری است که از طریق یک ماده منتقل می شود.

امکانات

ترکیبات رسانا با ویژگی های متنوعی در دسترس هستند که عملکرد را برای یک کاربرد خاص افزایش می دهد.

مواد محافظ EMI/RFI - پلیمرها یا الاستومرها برای محافظت در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) یا تداخل فرکانس رادیویی (RFI) طراحی شده اند. به طور معمول، این ترکیبات دارای درجه بالایی از هدایت الکتریکی هستند.

کنترل ESD - مواد ضد الکتریسیته ساکن دارای رسانایی الکتریکی نسبتاً بالا یا مقاومت الکتریکی پایینی هستند. آنها در برنامه های الکترونیکی، ضد استاتیک یا تخلیه الکترواستاتیک (ESD) استفاده می شوند.

بازدارنده شعله - این ماده مطابق با استانداردهای صنعتی از Underwriters Laboratories, Inc. (UL)، کلاس شعله 94 یا سایر استانداردهای ISO است. مواد مقاوم در برابر شعله برای کاهش گسترش شعله یا مقاومت در برابر اشتعال در هنگام قرار گرفتن در معرض دمای بالا طراحی شده اند. آنها همچنین بستر را عایق می کنند و آسیب به آن را به تاخیر می اندازند.

انعطاف پذیر یا مرطوب کننده - محصولات به گونه ای طراحی شده اند که انعطاف پذیری یا میرایی صدا، لرزش یا شوک را در کاربردهای مناسب فراهم کنند. چسب‌ها یا درزگیرهای انعطاف‌پذیر لایه‌ای را تشکیل می‌دهند که می‌تواند بدون ترک خوردگی یا لایه‌برداری خم یا خم شود. 

تغییر فاز - مواد رابط حرارتی از تغییر فاز برای افزایش ویژگی های حرارتی یا جذب گرما از دستگاه های الکترونیکی یا اجزای الکتریکی استفاده می کنند. 

تاییدیه UL - این ماده برای یک یا چند مورد از الزامات Underwriters Laboratories, Inc. (UL) تایید شده یا به رسمیت شناخته شده است.

برنامه های کاربردی

ترکیبات رسانا در بسیاری از صنایع و کاربردها استفاده می شود. برخی از محصولات در ساخت بردهای مدار چاپی (PCB) استفاده می شوند. برخی دیگر برای محصولات برق و ولتاژ بالا مانند ژنراتورها، ترانسفورماتورها، قطع کننده های مدار و مجموعه های موتور طراحی شده اند. ترکیبات رسانای تخصصی دارای مشخصات نظامی (MIL-SPEC) هستند یا برای کاربردهای هوافضا مناسب هستند. محصولاتی برای کاربردهای خودرو و اپتوالکترونیک نیز موجود است. مواد مقاوم در برابر شعله در برابر اشتعال مقاومت می کنند یا در صورت قرار گرفتن در معرض دمای بالا گسترش شعله را کاهش می دهند. مواد منعطف یا مرطوب کننده لایه ای را تشکیل می دهند که می تواند بدون ترک خوردگی یا لایه برداری خم شود. در زیر جدولی وجود دارد که برخی از مکان‌های متعددی را که در آنها ترکیبات رسانا استفاده می‌شود، توضیح می‌دهد.

• منابع

  www.globalspec.com