L’adesivo termoconduttivo garantisce sia l’incollaggio strutturale sia un percorso controllato di trasferimento del calore per componenti elettronici, batterie, motori, sensori e altri elementi generatori di calore presenti nei droni e nei sistemi senza pilota. Le formulazioni comprendono sistemi termoconduttivi epossidici, siliconici, acrilici, elettricamente isolanti ed elettricamente conduttivi.
Questa categoria presenta i principali produttori di adesivi termoconduttivi, a supporto di sistemi quali computer di volo, elettronica di potenza, moduli RF, sistemi di acquisizione immagini e controllori di motore.
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Soluzioni adesive ad alte prestazioni per l’assemblaggio e la produzione di droni
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Gli adesivi termoconduttivi combinano l’incollaggio meccanico con un percorso controllato per dissipare il calore dai componenti elettronici, dai dispositivi di potenza, dalle batterie, dai motori e da altri gruppi che generano calore. Nei sistemi senza pilota, questi materiali consentono di realizzare progetti termici compatti, laddove i tradizionali elementi di fissaggio meccanici o i materiali di interfaccia termica separati aggiungerebbero peso, complessità o ingombro.
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La scelta di un adesivo termoconduttivo richiede ben più che un semplice confronto dei valori nominali di conducibilità termica. Lo spessore dello strato di incollaggio, le proprietà elettriche, l’adesione al substrato, la conformità meccanica, i requisiti di polimerizzazione, la viscosità e l’esposizione ambientale influenzano tutti le prestazioni effettive. Anche il ritiro da polimerizzazione, la discrepanza nell’espansione termica, il comportamento durante la transizione vetrosa e l’invecchiamento termico a lungo termine possono influire sull’integrità del giunto e sulle prestazioni di trasferimento termico.
Tali fattori rivestono particolare importanza per le piattaforme senza equipaggio soggette a vibrazioni, cicli termici, umidità e vincoli relativi a dimensioni, peso e consumo energetico.
Un adesivo epossidico termoconduttivo offre in genere un’elevata adesione, stabilità dimensionale e una buona resistenza ad ambienti operativi difficili. Gli adesivi epossidici termoconduttivi sono ampiamente indicati per l’incollaggio permanente di componenti, il fissaggio di dissipatori di calore, gli assemblaggi elettronici e le applicazioni in cui la resistenza meccanica deve accompagnare un efficace trasferimento di calore.
Poiché molti sistemi epossidici induriscono assumendo una consistenza relativamente rigida, gli ingegneri dovrebbero inoltre tenere conto della dilatazione termica differenziale tra i substrati incollati, in particolare laddove i cicli termici ripetuti possano sottoporre la linea di incollaggio a sollecitazioni.
Gli adesivi siliconici termoconduttivi offrono generalmente una maggiore flessibilità rispetto ai sistemi epossidici rigidi. Questa flessibilità può contribuire ad assorbire le vibrazioni e a compensare l’espansione termica differenziale tra i materiali incollati, rendendo le formulazioni siliconiche utili nei casi in cui componenti elettronici, alloggiamenti o componenti termici siano soggetti a ripetuti sbalzi di temperatura o a movimenti meccanici. La loro minore rigidità può inoltre rivelarsi preziosa laddove sia necessario limitare le sollecitazioni su componenti o substrati sensibili.
Gli adesivi acrilici termoconduttivi possono garantire una lavorazione relativamente rapida e un forte incollaggio su substrati idonei. Possono essere presi in considerazione per ambienti di produzione in cui la velocità di assemblaggio è importante, sebbene gli ingegneri debbano valutare la resistenza termica, la resistenza chimica, le proprietà elettriche, il comportamento di indurimento e la durabilità ambientale a lungo termine per la piattaforma prevista.
I materiali monocomponenti semplificano l’erogazione poiché non richiedono miscelazione in loco, sebbene possano dipendere dal calore, dall’umidità o da un altro meccanismo per indurirsi. I sistemi bicomponenti polimerizzano dopo la miscelazione della resina e dell’indurente, offrendo agli ingegneri diversi tempi di lavorabilità, programmi di polimerizzazione e caratteristiche di lavorazione. Durante la produzione e la qualificazione occorre inoltre tenere in considerazione la durata di lavorabilità, la precisione del rapporto di miscelazione, la temperatura di polimerizzazione, i requisiti di stoccaggio, la consistenza di erogazione e l’eventuale esotermia di polimerizzazione.
Molti adesivi termoconduttivi per l’elettronica utilizzano riempitivi elettricamente isolanti, in modo che il calore possa attraversare un’interfaccia senza creare un percorso elettrico indesiderato. Sono disponibili anche formulazioni elettricamente conduttive per applicazioni che richiedono entrambe le funzioni, ma il loro impiego richiede un’attenta valutazione del layout dei circuiti, della messa a terra e dell’isolamento. Laddove sia richiesto l’isolamento elettrico, occorre valutare anche la rigidità dielettrica e il suo mantenimento dopo l’esposizione ambientale.
La conduttività termica viene comunemente aumentata mediante la dispersione di particelle conduttive all’interno di una matrice polimerica. La scelta del riempitivo influisce non solo sul trasferimento di calore, ma anche sul comportamento elettrico, sulla viscosità, sulla densità, sulle proprietà meccaniche e sulla lavorabilità.
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L’aumento del contenuto di riempitivo può migliorare la capacità di trasferimento termico, ma può anche aumentare la viscosità, la densità, la fragilità o la difficoltà di formare uno strato di incollaggio sottile e uniforme. Un’elevata viscosità può influire sull’erogazione e sulla bagnabilità, mentre l’aria intrappolata o i vuoti possono ridurre le prestazioni termiche effettive. Il comportamento di lavorazione deve pertanto essere valutato insieme ai dati termici.
Gli autopiloti e i computer di controllo di volo integrano processori, componenti di potenza ed elettronica di supporto all’interno di involucri compatti. Un adesivo termoconduttivo può incollare componenti selezionati o dissipatori termici alle strutture del telaio, contribuendo a stabilire percorsi di conduzione prevedibili e fornendo al contempo un fissaggio meccanico. L’uniformità dello strato di incollaggio è importante poiché uno spessore eccessivo o la presenza di vuoti possono aumentare la resistenza termica.
I computer integrati ad alte prestazioni generano calore concentrato all’interno di uno spazio di alloggiamento limitato. Un adesivo per processori o un adesivo termico adeguato per l’integrazione di dissipatori di calore può accoppiare processori, dissipatori termici, moduli o strutture di supporto, riducendo al contempo la dipendenza da elementi di fissaggio separati. Gli ingegneri devono controllare lo spessore della linea di incollaggio e garantire che la struttura circostante fornisca un percorso efficace per il calore trasferito.
Convertitori, regolatori, componenti elettronici di gestione delle batterie e dispositivi ad alta corrente possono generare un calore localizzato significativo. Gli adesivi termoconduttivi per gli alloggiamenti delle batterie possono inoltre favorire l’accoppiamento termico tra celle, moduli, elementi strutturali o superfici di raffreddamento, laddove la composizione chimica selezionata sia compatibile con il progetto complessivo della batteria. Nella scelta dell’adesivo occorre inoltre tenere in considerazione l’isolamento elettrico, l’espansione delle celle, la compatibilità chimica, il comportamento al fuoco e le conseguenze delle variazioni di temperatura della batteria.
I motori, gli inverter e i regolatori elettronici di velocità richiedono percorsi termici efficaci per mantenere le temperature di esercizio entro i limiti delle apparecchiature. Gli adesivi termoconduttivi possono essere utilizzati per incollare dispositivi elettronici, alloggiamenti, dissipatori di calore o altre interfacce esposte a vibrazioni e a cicli termici ripetuti. L’adesivo selezionato deve mantenere proprietà meccaniche e termiche adeguate nell’intero intervallo di temperature di esercizio previsto.
Radio, collegamenti dati, amplificatori e moduli a radiofrequenza (RF) possono generare carichi termici localizzati durante il funzionamento all’interno di assemblaggi avionici a spazio ridotto. L’adesivo termoconduttivo può contribuire a trasferire tale calore verso gli involucri o i dissipatori di calore dedicati senza richiedere un fissaggio meccanico separato in corrispondenza di ogni interfaccia. Le proprietà elettriche sono particolarmente importanti nei casi in cui l’adesivo sia posizionato in prossimità di circuiti RF o strutture conduttive.
I carichi utili elettro-ottici, le telecamere e l’elettronica dei sensori richiedono spesso un posizionamento stabile dei componenti, oltre a una temperatura controllata. La scelta dell’adesivo deve trovare un equilibrio tra trasferimento termico e rigidità, stabilità dimensionale, isolamento elettrico, ritiro da indurimento e la possibilità che l’espansione termica possa influire su assemblaggi sensibili all’allineamento.
I computer di navigazione, i sistemi inerziali e l’elettronica di posizionamento possono trarre vantaggio da una dissipazione controllata del calore laddove le temperature interne influenzano le prestazioni o l’affidabilità dei componenti. L’integrazione dell’adesivo deve preservare l’isolamento elettrico e la stabilità meccanica, convogliando al contempo il calore verso un dissipatore strutturale o termico adeguato.
La scelta dell’adesivo termoconduttivo appropriato dipende dalla progettazione complessiva in termini termici, elettrici, meccanici, di produzione e ambientali. I fattori chiave di selezione includono:
Un adesivo termoconduttivo adeguato viene quindi selezionato come parte integrante dell’architettura termica complessiva, non semplicemente come colla termica per un dissipatore di calore. L’adeguamento delle proprietà dei materiali, dei requisiti di lavorazione, della geometria dell’incollaggio e delle condizioni di qualificazione all’interfaccia effettiva contribuisce a realizzare un progetto termico e meccanico più prevedibile.
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