mejor adhesivo para FR4 a aluminio

Estoy fabricando mis propias bombillas LED (para enchufes de base en cuña en una aplicación de bajo voltaje). Un detalle clave de la construcción requiere que cemente una pieza pequeña (aproximadamente 3/8" x 1") de placa de circuito FR4 (que se conecta a un zócalo de base de cuña y sostiene un par de componentes pequeños) a una "estrella" de aluminio (una sustrato térmico para el propio emisor LED):

https://www.mouser.com/ProductDetail/Bergquist-Company/804087?qs=jQRjkUoUCJebprw0Kn9Vjw%3D%3D

El FR4 estará perpendicular a la estrella, con el borde angosto de 3/8" del FR4 contra la parte posterior de la estrella.

ingrese la descripción de la imagen aquí

El emisor Osram Oslon SSL funcionará hasta un vatio (pero generalmente más cerca de 3/4). Funcionarán continuamente durante un máximo de 10 horas a la vez. La temperatura de unión máxima especificada es de 135 C.

Mi pregunta, ¿cuál es el mejor método para hacer este archivo adjunto? Probé el epoxi JB Weld (dos partes), 100 % masilla de silicona (específicamente GE Clear Silicon II) y tengo la intención de experimentar con Sugru. El epoxi es bastante fuerte, pero he logrado romper las conexiones al sacar las bombillas de los portalámparas cuando se han atascado. El silicio tiene la ventaja de la flexibilidad, pero no creo que sea tan fuerte; también es más fácil de ensamblar, ya que tiene suficiente rigidez para mantener el FR4 en su posición mientras se cura, mientras que el epoxi requiere refuerzos. Nunca he trabajado con Sugru.

¿Hay otros métodos que podría considerar? ¿Factores que no he considerado?

¿Tiene alguna especificación para el aumento de temperatura de la unión, por ejemplo, 50'C y ha realizado algún cálculo en Rth? La mayoría de los plásticos, incluidos silicona, epoxi, partículas de hierro en soldadura JB, FR4, son excelentes aislantes térmicos, pero cuanto más delgados, mejor. también es bueno el adhesivo estructural del subsuelo de PU en los bordes. Generalmente, el epoxi de plata al 99,9% es mejor con una capa más delgada y un soporte estructural para evitar la deformación.
Recientemente usé JB Weld: adhesivo de plástico para montar separadores de nailon en una base de acero galvanizado. Flexión muy suave y unión sólida como una roca. Me imagino que funcionaría bien para sus necesidades, pero no puedo decirlo con seguridad.
@Tony, voy a usar menos de un vatio, y los resultados preliminares (muy adhoc, sin duda) muestran que la estrella no se calienta demasiado. Pero es un buen punto que necesito evitar aislar demasiado bien la parte trasera de la estrella. Esos epóxicos termoconductores se ven mucho mejor, pero son muy caros, así que solo los usaré si los necesito.
Parte del problema es la expansión y contracción térmica del aluminio con la temperatura. Pude unir un soporte de aluminio a una caja de acero inoxidable solo con RTV 262, que no contiene amoníaco. Todos los tipos de epoxis y cementos fallaron la prueba de calor/congelación. No tengo mejor opinión que RTV.
@Tony, no está sugiriendo que el adhesivo de subsuelo de PU sea particularmente bueno para la conductividad térmica, pero tiene buena resistencia, ¿verdad? ¿Qué quieres decir con "en los bordes"?
Mi expectativa es que el epoxi fallará a alta temperatura. Sin embargo, puede funcionar un poco mejor si está diseñado específicamente para altas temperaturas y si puede aplicar un tratamiento térmico de poscurado controlado. El silicio parece una buena opción. DEBE usar un silicio diseñado para PCB. También hay cinta disipadora adhesiva acrílica de doble cara. Independientemente de lo que use, es posible que primero deba realizar algún tratamiento superficial. Cualquier residuo de película en el aluminio o FR4 puede hacer que falle la unión.
También creo que pegar bordes con FR4 no es un buen plan porque no hay mucha superficie con la que trabajar. Así que es posible que desee repensar todo el enfoque.
@RustyShackleford correcto. No estaba sugiriendo PU para la unión térmica, sino resistencia estructural para las fuerzas de deformación y corte CTE. El epoxi plateado solo necesita rellenar los hoyos de no coplanaridad fijados para eliminar todos los espacios de aire de forma muy fina. La CPU usa grasa con relleno de plata y cerámica debajo de superficies extremadamente planas con una fuerte fuerza de resorte estructural para hacer lo mismo. Pero aquí la debilidad estructural es evidente.
@mkeith, no solo estoy pegando bordes (debería haber sido más claro al respecto en OP), sino que habría un filete de adhesivo en forma de cono, que es quizás de 3/8 "de diámetro en la parte posterior de la estrella y luego sale alrededor de 1/4" en los lados de la PCB
@mkeith, por silicio diseñado para PCB, ¿quiere decir "curado neutral" en lugar de la "curado ácido" habitual? Como se describe en esta publicación completa: electronics.stackexchange.com/questions/18525/…
Sí. cura neutra. Pero más que eso, en ausencia de conocimiento experto, usaría algo hecho por un proveedor de adhesivo de marca donde la literatura del producto menciona específicamente la aplicación a PCBA. Es importante que no haya aditivos conductores, por ejemplo, que puedan provocar un cortocircuito en los circuitos. Pero en última instancia, debido a la forma en que estás haciendo esto (al límite), realmente creo que deberías reconsiderarlo. Tal vez haga un pequeño soporte de metal para unir el tablero a la estrella. Si confía en un filete, el material del filete debe tener fuerza. Esto argumenta a favor del epoxi y en contra de la silicona.
Hay compensaciones y es posible que deba probar varias soluciones diferentes. Además, debe examinar cómo fallan las cosas. ¿Falló la unión justo en el límite entre la placa y el epoxi o en el límite entre el aluminio y el epoxi? Si es así, la preparación de la superficie puede resolver el problema. Si el epoxi falló (se agrietó en el medio del filete), entonces debe usar un material más fuerte (como el aluminio).
Mis fallas con el epoxi han estado en el límite entre el epoxi y el aluminio. La placa de circuito impreso tiene muchas más irregularidades para que el silicio se agarre, y finalmente diseñaré mi propia placa de circuito impreso, de modo que pueda colocar un gran orificio de paso, de modo que en realidad haya un "puente" de adhesivo que sostenga esa unión. Todavía no he probado a desbastar el aluminio (solo limpiando y dando una pasada rápida con tela de esmeril). Nuevamente, con mi propio diseño de PCB, un poco de conductividad en el adhesivo no será un problema. El silicio realmente parece bastante fuerte, y me inclino por él.
Si hiciera un pequeño soporte de metal como sugieres, por supuesto podría atornillarlo a mi diseño de PCB. Todavía tendría que cementarlo al aluminio estrella. Sin embargo, tendría la ventaja de materiales similares y un área de unión más grande. También ayudaría con el (falta de) problema de conductividad térmica.
¿Puedes hacer un agujero en la estrella para que pase el FR4 de modo que puedas pasar un alfiler a través del FR4 para asegurarlo?
No creo que pueda encajar un agujero tan grande (sin molestar a los emisores de LED y las huellas de las almohadillas para soldar los cables), pero una pequeña sujeción podría ser útil de todos modos, para asegurar un soporte en forma de L y olvidarse de los adhesivos. en total.

Respuestas (1)

Esto debería poder "diseñarse" con un grado razonable de confianza, ya sea solo a partir de la teoría o con un poco de ayuda experimental.

Los parámetros clave parecen ser la temperatura del disipador térmico, las fuerzas involucradas y el rendimiento del adhesivo con los materiales utilizados.

Independientemente de las consideraciones adhesivas, la temperatura de montaje del LED tiene un límite superior máximo establecido por las clasificaciones de temperatura del LED. Como primera aproximación, los LED Cree de clase de iluminación moderna tienen una clasificación de 105 grados C de funcionamiento. Eso es atractivo para los estándares electrónicos convencionales: por lo general, no querrá operar el equipo continuamente por encima de eso, a menos que haya una muy buena razón para hacerlo, y es probable que sea prudente usar menos.

No dice qué LED de vataje pretende usar, períodos de funcionamiento y ciclos de trabajo, temperaturas objetivo o tamaño total. Estos combinados controlarán si es posible construir sus 'bombillas' sin medios de eliminación de calor exterior.

Un vistazo a las hojas de datos técnicos de algunos adhesivos epoxi muestran una amplia gama de especificaciones de temperatura. Algunos epóxicos básicos (60 C máx. de funcionamiento) no funcionarían. Otros con una calificación de "tal vez" de 120 C máx. "tal vez" funcionen. Los epóxicos de alta temperatura soportan temperaturas que matarían rápidamente los LED.

Ejemplos:

  1. Aquí hay una hoja de datos técnicos (TDS) de epoxi elegida al azar.
    BOSTIK EPOXY BOND 5 MINUTOS ADHESIVO DE DOS COMPONENTES

Ellos dicen

Cuando está completamente curado, el adhesivo puede soportar agua hirviendo por períodos cortos de tiempo. Clasificación de resistencia al calor de 60ºC de temperatura continua.

es decir, tal vez satisfaría sus necesidades de LED garantizados para estar encendidos durante períodos cortos (indicador, parada...) pero fallaría en aplicaciones donde las temperaturas subieran a más de 105 grados.

  1. EVO-STIK HARD & FAST BARRA ADHESIVA DE RESINA EPOXI DE DOS COMPONENTES.
    Temperatura: -40 C a +120 C dependiendo de las condiciones de uso

¡TAL VEZ!

  1. Sistema de resina epoxi de alta temperatura Resinstech RT323
    Temperatura de funcionamiento: -50 C a 200 C

Adecuado.

  1. MG Chemicals Compuesto epoxi para encapsulación y encapsulado de alta temperatura 832HT
    Temperatura de servicio constante -30 a +225 °C
    Temp. máx. intermitente 250 ºC

Adecuado.

Observar los TDS para varios cauchos de silicona permitiría la comparación, pero parece que hay epoxis adecuados disponibles.

Gracias Russell por responder. He editado la pregunta (justo debajo de la figura) para agregar parte de la información que mencionaste. 135C parece terriblemente alto, pero se ve bien (el máximo "absoluto" es 160C): media.osram.info/media/resource/hires/osram-dam-2495583/…
Ahora tengo evidencia experimental en su mayoría, que son algunas bombillas de prueba que he hecho con silicona RTV y con epoxi JB Weld básico. El epoxi se romperá si tiro demasiado fuerte, pero dudo que haya preparado el Al adecuadamente (supongo que debería limpiar con solvente, pulir con tela de esmeril y limpiar nuevamente). El RTV funciona mejor, pero eventualmente se romperá. Un caballero de Loctite me recomendó este poliuretano de 2 partes y tengo un tubo en camino: ellsworth.com/products/adhesives/urethane/…
Estas bombillas de prueba han estado funcionando hasta por un año. La estrella no se calienta demasiado al tacto (altamente científico). Pero creo que es correcto que la temperatura es el gran problema, por tres razones: 1. El filete adhesivo aísla demasiado a la estrella, lo que permite que el emisor se sobrecaliente. 2. La temperatura debilita el adhesivo directamente (la temperatura de transición vítrea de U-05FL es de solo 48 °C, podría ser un problema). 3. La expansión/contracción de temperatura de los materiales debilita la junta.
mejor adhesivo para FR4 a aluminio
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v