Degassamento di paste ad altissima viscosità: antischiuma per grassi termici a 0,2 kPa

I materiali ad alte prestazioni per l'interfaccia termica (TIM), tra cui grassi termici, composti a cambiamento di fase e riempitivi strutturali per intercapedini, sono formulati con concentrazioni estremamente elevate di riempitivo solido.
Per raggiungere conduttività termiche da 3,0 a oltre 12,0 W/m·K, i formulisti incorporano fino all'85% in peso di polveri di allumina, nitruro di boro o ossido di zinco in polimeri reattivi di silicone o poliuretano.
Le sospensioni risultanti presentano viscosità simili a quelle di una pasta, che spesso superano i 500.000-1.000.000 mPa·s.
A queste soglie reologiche estreme, le bolle d'aria microscopiche intrappolate rimangono permanentemente bloccate sotto l'azione della gravità normale, agendo come forti isolanti termici che causano il surriscaldamento del dispositivo.
SMIDA produce miscelatori centrifughi planetari sottovuoto progettati per raggiungere un vuoto finale di 0,2 kPa, sottoponendo i contenitori a centinaia di G di accelerazione centrifuga.

Nell'elettronica di potenza, nei microprocessori e nei pacchi batteria dei veicoli elettrici, anche una singola cavità d'aria di 50 micron in uno strato di interfaccia termica aumenta esponenzialmente la resistenza termica e innesca scariche ad arco ad alta tensione.
I metodi tradizionali di degassamento, come i forni a vuoto statico, i bagni a ultrasuoni o i miscelatori a rotore a basso vuoto, risultano completamente inefficaci con le paste ad alta viscosità.
Il vuoto statico espande soltanto le bolle superficiali, mentre gli ultrasuoni generano calore localizzato distruttivo senza vincere la resistenza viscosa.
Questa guida tecnica illustra la meccanica fisica della deaerazione centrifuga sottovuoto a doppio asse a 0,2 kPa e delinea le migliori pratiche per la produzione di pasta a zero vuoti.

La fisica dell'intrappolamento delle bolle nelle paste dense

Secondo la legge di Stokes, la velocità di risalita terminale di una bolla d'aria in un fluido è direttamente proporzionale all'accelerazione gravitazionale e al quadrato del diametro della bolla, e inversamente proporzionale alla viscosità dinamica.
Quando la viscosità della pasta passa da 1.000 mPa·s a 1.000.000 mPa·s, la velocità di risalita naturale di una microbolla di 10 micron diminuisce di un fattore mille.
Con la normale gravità terrestre di 1G, quella bolla impiegherebbe settimane o mesi per percorrere un solo millimetro verso la superficie.
Affidarsi alla spinta di galleggiamento ambientale o a camere a vuoto statiche non fornisce una forza verso l'alto sufficiente a vincere la resistenza viscosa.

Accelerazione centrifuga: moltiplicare la spinta di galleggiamento per centinaia di G

Un miscelatore centrifugo planetario SMIDA fa ruotare simultaneamente contenitori sigillati lungo due assi indipendenti.
La rotazione primaria attorno all'asse centrale della macchina genera accelerazioni centrifughe superiori a 400 G.
Poiché la densità dell'aria intrappolata (circa 1,2 kg/m³) è di ordini di grandezza inferiore a quella della pasta termica densa (spesso da 2.000 a 3.000 kg/m³), la forza di galleggiamento effettiva che spinge la bolla verso l'alto viene moltiplicata per oltre 400.
Contemporaneamente, la rotazione del contenitore induce un flusso convettivo tridimensionale ondulatorio che spinge continuamente gli strati profondi di pasta verso la superficie.

Vuoto assoluto di 0,2 kPa: microbolle in espansione per una rottura rapida

La spinta centrifuga porta le bolle d'aria vicino alla superficie, ma le bolle sub-microniche possiedono comunque un'elevata tensione superficiale che ne impedisce lo scoppio.
È qui che la capacità di SMIDA di raggiungere un vuoto spinto di 0,2 kPa diventa decisiva.
Al di sotto di 0,2 kPa (una riduzione di pressione 500 volte superiore alla pressione atmosferica standard di 101,3 kPa), la legge di Boyle stabilisce che le bolle d'aria intrappolate si espandono di centinaia di volte in volume.
Man mano che il volume della bolla aumenta, la sua velocità di risalita per galleggiamento accelera esponenzialmente, spingendola attraverso la pellicola superficiale dove scoppia all'istante.
Entro un ciclo di 90-180 secondi, la densità della pasta raggiunge il 100% dei limiti teorici, senza vuoti residui.

Confronto tra tecnologie di degassamento per materiali di interfaccia termica

Domande frequenti

L'applicazione di un vuoto di 0,2 kPa farà evaporare i solventi volatili dalla mia pasta?

Il vuoto abbassa i punti di ebollizione dei solventi, ma i miscelatori planetari SMIDA sono dotati di profili di vuoto multistadio programmabili.
Gli operatori possono eseguire una miscelazione ad alta velocità a pressione moderata, seguita da un breve impulso finale controllato di 0,2 kPa per estrarre l'aria senza eliminare i diluenti essenziali.

In che modo il controllo della temperatura preserva le proprietà termiche del grasso?

Il moto centrifugo ad alto taglio genera naturalmente calore per attrito.
La serie TTC di SMIDA, con controllo della temperatura, stabilizza la temperatura della camera tra -15 °C e 25 °C, mantenendo completamente stabili i siliconi reattivi e le resine sensibili all'umidità.

Elimina gli spazi vuoti con la tecnologia di aspirazione SMIDA.

SMIDA è un produttore affermato con uno stabilimento di 6.800 metri quadrati certificato ISO 9001 a Shenzhen, oltre 80 brevetti e piena conformità CE.
I nostri miscelatori centrifughi planetari sottovuoto gestiscono lotti da 1 g fino a oltre 100 kg (capacità delle apparecchiature da 150 g a oltre 100 kg), fornendo paste riproducibili e prive di vuoti ai principali innovatori mondiali nel settore dell'elettronica.
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