Les adhésifs thermoconducteurs assurent à la fois un assemblage structurel et un circuit de transfert thermique contrôlé pour les composants électroniques, les batteries, les moteurs, les capteurs et autres composants générateurs de chaleur présents dans les drones et les systèmes sans pilote. Les formulations comprennent des systèmes thermoconducteurs à base d’époxy, de silicone et d’acrylique, ainsi que des systèmes électriquement isolants et électriquement conducteurs.
Cette catégorie présente les principaux fabricants d'adhésifs thermoconducteurs, qui équipent des systèmes tels que les ordinateurs de bord, l'électronique de puissance, les modules RF, les charges utiles d'imagerie et les contrôleurs de moteur.
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Solutions adhésives haute performance pour l'assemblage et la fabrication de drones
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Les adhésifs thermoconducteurs associent une liaison mécanique à un chemin contrôlé permettant d’évacuer la chaleur des composants électroniques, des dispositifs de puissance, des batteries, des moteurs et d’autres ensembles générateurs de chaleur. Dans les systèmes sans pilote, ces matériaux permettent de réaliser des conceptions thermiques compactes là où des fixations mécaniques classiques ou des matériaux d’interface thermique distincts ajouteraient du poids, de la complexité ou du volume d’encombrement.
ET5441 de Permabond
Le choix d’un adhésif thermoconducteur ne se limite pas à la simple comparaison des valeurs nominales de conductivité thermique. L’épaisseur du cordon de collage, les propriétés électriques, l’adhérence au substrat, la souplesse mécanique, les conditions de durcissement, la viscosité et l’exposition aux conditions environnementales influencent toutes les performances en conditions réelles. Le retrait de durcissement, l’incompatibilité des dilatations thermiques, le comportement à la transition vitreuse et le vieillissement thermique à long terme peuvent également affecter l’intégrité du collage et les performances de transfert thermique.
Ces facteurs revêtent une importance particulière pour les plateformes sans pilote soumises à des vibrations, à des cycles thermiques, à l’humidité, ainsi qu’à des contraintes en matière de taille, de poids et de consommation énergétique.
Un époxy thermoconducteur offre généralement une forte adhérence, une stabilité dimensionnelle et une bonne résistance aux environnements d’exploitation exigeants. Les adhésifs époxy thermoconducteurs conviennent parfaitement au collage permanent de composants, à la fixation de dissipateurs thermiques, aux assemblages électroniques et aux applications où la résistance mécanique doit aller de pair avec un transfert thermique efficace.
Comme de nombreux systèmes époxy durcissent en prenant une forme relativement rigide, les ingénieurs doivent également tenir compte de la dilatation thermique différentielle entre les substrats collés, en particulier lorsque des cycles de température répétés risquent de soumettre la ligne de collage à des contraintes.
Les adhésifs silicone thermoconducteurs offrent généralement une plus grande souplesse que les systèmes époxy rigides. Cette souplesse permet de s’adapter aux vibrations et aux différences de dilatation thermique entre les matériaux collés, ce qui rend les formulations à base de silicone particulièrement utiles lorsque des composants électroniques, des boîtiers ou des composants thermiques sont soumis à des variations de température répétées ou à des mouvements mécaniques. Leur rigidité moindre peut également s’avérer précieuse lorsque les contraintes exercées sur des composants ou des substrats sensibles doivent être limitées.
Les adhésifs acryliques thermoconducteurs permettent un traitement relativement rapide et offrent une forte adhérence sur les substrats compatibles. Ils peuvent être envisagés dans les environnements de production où la vitesse d’assemblage est primordiale, bien que les ingénieurs doivent évaluer la résistance aux températures, la résistance chimique, les propriétés électriques, le comportement au durcissement et la durabilité environnementale à long terme pour la plateforme visée.
Les matériaux monocomposants simplifient la mise en œuvre car aucun mélange sur site n’est nécessaire, bien qu’ils puissent dépendre de la chaleur, de l’humidité ou d’un autre mécanisme pour durcir. Les systèmes à deux composants durcissent après le mélange de la résine et du durcisseur, offrant ainsi aux ingénieurs différents temps de travail, calendriers de durcissement et caractéristiques de mise en œuvre. La durée de vie en pot, la précision du rapport de mélange, la température de durcissement, les conditions de stockage, la consistance lors de l’application et l’exothermie potentielle lors du durcissement doivent également être pris en compte lors de la fabrication et de la qualification.
De nombreux adhésifs thermoconducteurs destinés à l’électronique utilisent des charges électriquement isolantes afin que la chaleur puisse traverser une interface sans créer de chemin électrique indésirable. Des formulations électriquement conductrices sont également disponibles pour les applications nécessitant ces deux fonctions, mais leur utilisation exige une prise en compte minutieuse de la configuration des circuits, de la mise à la terre et de l’isolation. Lorsque l’isolation électrique est requise, la rigidité diélectrique et son maintien après exposition aux conditions environnementales doivent également être évalués.
La conductivité thermique est généralement augmentée en dispersant des particules conductrices au sein d’une matrice polymère. Le choix de la charge influe non seulement sur le transfert de chaleur, mais également sur le comportement électrique, la viscosité, la densité, les propriétés mécaniques et la mise en œuvre.
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L’augmentation de la teneur en charge peut améliorer la capacité de transfert thermique, mais peut également accroître la viscosité, la densité, la fragilité ou la difficulté à former une ligne de collage fine et uniforme. Une viscosité élevée peut affecter la distribution et le mouillage, tandis que la présence d’air emprisonné ou de vides peut réduire les performances thermiques effectives. Le comportement lors de la mise en œuvre doit donc être évalué parallèlement aux données thermiques.
Les pilotes automatiques et les ordinateurs de commande de vol regroupent des processeurs, des composants de puissance et des circuits électroniques auxiliaires au sein de boîtiers compacts. Un adhésif thermoconducteur permet de coller certains composants ou des dissipateurs thermiques aux structures du châssis, contribuant ainsi à établir des voies de conduction prévisibles tout en assurant une fixation mécanique. L’uniformité de la ligne de collage est essentielle, car une épaisseur excessive ou la présence de vides peuvent accroître la résistance thermique.
Les ordinateurs embarqués haute performance génèrent une chaleur concentrée dans un espace de montage limité. Un adhésif adapté aux processeurs ou un adhésif thermique destiné à l’intégration de dissipateurs thermiques permet de coupler des processeurs, des dissipateurs thermiques, des modules ou des structures de support, tout en réduisant le recours à des éléments de fixation séparés. Les ingénieurs doivent contrôler l’épaisseur de la ligne de collage et s’assurer que la structure environnante offre un chemin efficace pour la chaleur transférée.
Les convertisseurs, les régulateurs, les composants électroniques de gestion des batteries et les dispositifs à courant élevé peuvent générer une chaleur localisée importante. Les adhésifs thermoconducteurs pour boîtiers de batterie peuvent également favoriser le couplage thermique entre les cellules, les modules, les éléments structurels ou les surfaces de refroidissement, à condition que la composition chimique choisie soit compatible avec la conception globale de la batterie. L’isolation électrique, la dilatation des cellules, la compatibilité chimique, le comportement au feu et les conséquences des variations de température de la batterie doivent également être pris en compte lors du choix de l’adhésif.
Les moteurs, les onduleurs et les variateurs de vitesse électroniques nécessitent des voies thermiques efficaces pour maintenir les températures de fonctionnement dans les limites de l’équipement. Un adhésif thermoconducteur peut être utilisé pour assembler des composants électroniques, des boîtiers, des dissipateurs thermiques ou d’autres interfaces exposées à des vibrations et à des cycles thermiques répétés. L’adhésif sélectionné doit conserver des propriétés mécaniques et thermiques appropriées sur toute la plage de températures de fonctionnement prévue.
Les radios, les liaisons de données, les amplificateurs et les modules radiofréquence (RF) peuvent générer des charges thermiques localisées lorsqu’ils fonctionnent à l’intérieur d’ensembles avioniques très compacts. Un adhésif thermoconducteur peut contribuer à transférer cette chaleur vers les boîtiers ou des dissipateurs thermiques dédiés sans nécessiter de fixation mécanique distincte à chaque interface. Les propriétés électriques revêtent une importance particulière lorsque l’adhésif est placé à proximité de circuits RF ou de structures conductrices.
Les charges utiles électro-optiques, les caméras et l’électronique des capteurs nécessitent souvent un positionnement stable des composants ainsi qu’une température contrôlée. Le choix de l’adhésif doit trouver un équilibre entre le transfert thermique et la rigidité, la stabilité dimensionnelle, l’isolation électrique, le retrait de durcissement et le risque que la dilatation thermique n’affecte les assemblages sensibles à l’alignement.
Les ordinateurs de navigation, les systèmes inertiels et les composants électroniques de positionnement peuvent bénéficier d’une dissipation thermique contrôlée lorsque les températures internes influencent les performances ou la fiabilité des composants. L’intégration de l’adhésif doit préserver l’isolation électrique et la stabilité mécanique tout en dirigeant la chaleur vers un dissipateur thermique ou une structure appropriée.
Le choix de l’adhésif thermoconducteur approprié dépend de l’ensemble des aspects thermiques, électriques, mécaniques, de fabrication et environnementaux de la conception. Les principaux facteurs de sélection sont les suivants :
Un adhésif thermoconducteur adapté est donc sélectionné dans le cadre de l’architecture thermique globale, et non simplement comme colle thermique pour un dissipateur thermique. L’adaptation des propriétés des matériaux, des exigences de mise en œuvre, de la géométrie du joint et des conditions de qualification à l’interface réelle permet d’obtenir une conception thermique et mécanique plus prévisible.
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