ISOLAMENTO ELETTRICO E DISSIPAZIONE TERMICA NELL ELETTRONICA DI POTENZA: MATERIALI TERMOCONDUTTIVI BERGQUIST

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1 ISOLAMENTO ELETTRICO E DISSIPAZIONE TERMICA NELL ELETTRONICA DI POTENZA: MATERIALI TERMOCONDUTTIVI BERGQUIST by Ing. S.Sciolè POWER FORUM - Milano 18 Marzo 2008

2 PROGRAMMA PRESENTAZIONE DI WELT, BERGQUIST. CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST. CARATTERISTICHE DEI MATERIALI HI-FLOW BERGQUIST. CARATTERISTICHE DEI MATERIALI SIL PAD BERGQUIST. CARATTERISTICHE DEI MATERIALI BOND PLY BERGQUIST.

3 WELT ELECTRONIC WELT COMPANY COMPANY PROFILE PROFILE AZIENDA COMMERCIALE FONDATA NEL 1985 SEDE: FIRENZE FILIALI: MILANO TORINO ROMA REGGIO EMILIA - PADOVA PRODOTTI: PASSIVI, OPTOLETTRONICA, ELETTROMECCANICI, CONNESSIONE, APPARECCHIATURE AZIENDA CERTIFICATA UNI EN ISO 9001:2000

4 BERGQUIST COMPANY PROFILE Azienda fondata nel Headquarters: Chanhassen - Minneapolis (USA) Oggi consta di quattro divisioni principali: - Thermal Products Group. - Bergquist Membrane Switch Group. - Electronic Components Group. - Bergquist Touch Screens.

5 QUESTO E UN SEMINARIO DEMOCRATICO!!!!

6 RIEPILOGO MATERIALI TERMOCONDUTTIVI BERGQUIST

7 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST

8 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST INTRODUZIONE La peculiarità di queste interfacce è quella di deformarsi una volta applicata una certa pressione, adattandosi al gap in cui vengono inserite, limitando lo stress meccanico esercitato sulle superfici di contatto e garantendo un ottimo trasferimento termico insieme ad un elevato isolamento elettrico. La famiglia dei materiali Gap Pad è stata creata per ottimizzare le prestazioni termiche degli apparati accoppiando in modo semplice ed efficace i componenti di potenza ai dissipatori.

9 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE SILICONE O POLIMERO ISOLAMENTO ELETTRICO MISCELA CERAMICA PERFORMANCE TERMICA FIBRA DI VETRO RESISTENZA MECCANICA

10 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE FISICHE COMPORTAMENTO VISCOELASTICO Si definisce viscoelasticità la predisposizione dei materiali plastici a rispondere a sollecitazioni meccaniche come se fossero una combinazione di solidi elastici e di fluidi viscosi. Questa proprietà fisica posseduta da tutti i materiali plastici in misura diversa, rende conto del fatto che convivono sia caratteristiche tipiche dei solidi, come la elasticità e la robustezza e il mantenimento della forma propria dell oggetto, che alcune caratteristiche dei liquidi, quali per esempio la capacità di avere un flusso in funzione del tempo della temperatura e del tipo di carico applicato.

11 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE FISICHE DUREZZA SHORE 00 (ASTM 2240 ISO 868) La durezza Shore è una misura della resistenza opposta dal materiale ad essere penetrato dalla sonda di uno strumento chiamato durometro, opportunamente tarato. Le dimensioni della sonda, in pratica un asta di acciaio, sono diverse in base alla scala che si sta considerando. La scala Shore A viene usata per i materiali plastici più morbidi e la scala D per quelli più duri. La scala Shore 00, in particolare, si usa per gli elastomeri. Se la sonda del durometro penetra completamente nel materiale, il valore corrispondente sarà 0, mentre se non penetra affatto il valore corrispondente sarà 100. Sono previste anche misure fatte dopo un determinato numero di secondi dall applicazione della sonda. Nel caso dei materiali Gap Filling Bergquist in genere si considerano di 30 secondi.

12 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE FISICHE MODULO DI ELASTICITÀ O DI YOUNG (ASTMD575) Questo parametro esprime l elasticità e la deformabilità di un materiale. E correlato alla curva pressione/deformazione (o anche rapporto tra variazione di spessore e spessore iniziale del materiale) ottenuta sperimentalmente durante il test di compressione del materiale (Rambus 8 die module). Il modulo di Young permette di calcolare il comportamento del materiale in funzione di un certo carico.

13 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE FISICHE MODULO DI ELASTICITÀ O DI YOUNG (ASTMD575) Per molti materiali detti lineari, come per esempio l acciaio o il vetro, il modulo di Young resta costante per un range di deformazioni. Altri materiali come la gomma non sono lineari. Il modulo di Young viene misurato come la forza per unità di area necessaria per deformare un materiale gommoso di una certa percentuale stabilita rispetto alla sua lunghezza iniziale. Dato che i materiali Gap Filling sono viscoelastici, il Modulo di Young non è lineare e varia in funzione del valore della deformazione.

14 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE FISICHE STRESS/STRAIN Per frequenze e valori elevati di deformazione, il modulo risulterà generalmente più alto e il materiale risulterà più duro. Nel caso contrario invece risulterà più morbido. Si ottengono risultati diversi sottoponendo il materiale a una deformazione continua nel tempo (Constant rate of strain) piuttosto che a una a steps ad intervalli, ad esempio, di 2 minuti l uno dall alltro (Step rate of strain).

15 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE FISICHE STRESS/STRAIN CONSTANT RATE OF STRAIN (GAP PAD mil)

16 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE FISICHE STRESS/STRAIN STEP RATE OF STRAIN (GAP PAD mil)

17 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE FISICHE STRESS/STRAIN Il grafico è stato costruito riportando intervalli di 0,1 inch/min per la deformazione su un campione di 0,79 pollici quadrati e spessore 3 mm.

18 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE DIELETTRICHE VOLTAGE BREAKDOWN (Vac) > 6000 V IN GENERALE: CIRCA 500 V / mil

19 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE TERMICHE BERGQUIST HA ADATTATO IL TEST DI MISURA DELLA CONDUCIBILITA TERMICA (ASTM D5470) AI MATERIALI GAP FILLING PER RENDERLO PIU PRECISO. E STATA RIDOTTA LA PRESSIONE DI SERRAGGIO DA 500 a 10 PSI. E STATO INTRODOTTO UN MISURATORE ACCURATO DI SPESSORE COSI DA PERMETTERE DI DESCRIVERE LA CONDUCIBILITA AL VARIARE DI ESSO.

20 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE TERMICHE Da ciò si ricava quindi anche il tipico grafico:

21 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE TERMICHE

22 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE GENERALI MATERIALI ROHS COMPLIANT. MATERIALI CERTIFICATI UL 94 V-O. TEMPO DI VITA MEDIO: ANNI. MAX TEMP DI ESPOSIZIONE: 300 C per 1 MIN. MATERIALI NATURAL TACK. MATERIALI RIPOSIZIONABILI E RIUTILIZZABILI. FORMATI TIPICI: LASTRA E PEZZO A DISEGNO. FORMATI SPECIALI: RULLO. SPESSORI DISPONIBILI: 0,5 6 mm. MATERIALI SENZA SILICONE (GAP PAD 1000 SF & GAP FILLER 1100 SF)

27 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CARATTERISTICHE GENERALI S-CLASS MATERIALI MORBIDI E ADATTABILI ALTA CONDUCIBILITA TERMICA OTTIMO WET OUT DELLE SUPERFICI NATURAL TACK SURFACE

28 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST

32 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST CONFIGURAZIONI DISPONIBILI FOGLI 8x16 inches (circa 200x400 mm) STANDARD PART NUMBERS CUSTOM PARTS CAVITY DIE CLUSTER DIE

33 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST MONTAGGIO GAP PAD MANUALE -bassi o medi volumi di produzione (< 2000 pcs/giorno), si puo utilizzare una spellicolatrice AUTOMATICO - alti volumi di produzione (> 2000 pcs giorno), combinazione di macchina etichettatrice e pick & place. Non sempre si puo fornire il materiale in pezzi fustellati su rullo.

34 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI GAP PAD BERGQUIST OTTIMIZZAZIONE GAP PAD Il lato tacky va posto a contatto dei power devices, in quanto maggiormente deformabile. E importante valutare bene il giusto spessore del materiale da utilizzare. Non si possono garantire tolleranze dimensionali troppo strette. La posizione e il diametro dei fori, vanno valutati in base allo spessore di materiale.

35 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI HI-FLOW BERGQUIST

36 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI HI-FLOW BERGQUIST

37 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI HI-FLOW BERGQUIST MATERIALE A CAMBIAMENTO DI FASE ADESIVO SU UN LATO. ADATTO DOVE NON RICHIESTO ISOLAMENTO ELETTRICO. ADATTO CON MOLLE E CON BASSE PRESSIONI. OTTIMO RAPPORTO QUALITA /PREZZO.

38 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI HI-FLOW BERGQUIST CONFIGURAZIONI DISPONIBILI LASTRE 12x10 inches (c.a. 30x25 cm) PART NUMBER STANDARD, CUSTOM, RULLI NON DISPONIBILE IN VERSIONE DRY APPLICAZIONI TIPICHE: MODULI E COMPONENTI IGBT ISOLATI, THERMAL CLAD

39 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI HI-FLOW BERGQUIST

40 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI HI-FLOW BERGQUIST MATERIALE A CAMBIAMENTO DI FASE. MIGLIORE RESISTENZA TERMICA TRA GLI ISOLATORI OTTIMO ISOLAMENTO ELETTRICO. ADATTO CON MOLLE E CON BASSE PRESSIONI. OTTIMO RAPPORTO QUALITA /PREZZO.

41 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI HI-FLOW BERGQUIST CONFIGURAZIONI DISPONIBILI SPESSORI DA 1-1,5-2 mil Dry o AC. LASTRE 11x11 inches (280x280 mm) su ver. 2 mil dry. PART NUMBER STANDARD, CUSTOM, RULLI. APPLICAZIONI TIPICHE: AUDIO, ALIMENTATORI, TERMOREGOLAZIONE, HI-POWER in generale

42 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI SIL PAD BERGQUIST

43 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI SIL PAD BERGQUIST

47 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI SIL PAD BERGQUIST MATERIALE TACKY DA ENTRAMBI I LATI OTTIMO RAPPORTO QUALITA /PREZZO

48 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI SIL PAD BERGQUIST CONFIGURAZIONI DISPONIBILI LASTRE 12x12 inches (c.a. 30x30 cm). PART NUMBER STANDARD, CUSTOM, RULLI. NON DISPONIBILE IN VERSIONE DRY. APPLICAZIONI TIPICHE: AUTOMOTIVE, ALIMENTATORI, AUTOMAZIONE.

49 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI BOND PLY BERGQUIST

50 CARATTERISTICHE GENERALI DEI MATERIALI BOND PLY BERGQUIST

53 GRAZIE DELLA PARTECIPAZIONE E A PRESTO