انواع چسب رسانا و کاربردها
چسب رسانا چیست؟
چسب رسانا یکی از مواد پر کاربردی است که امروزه جهت اتصالات قطعات الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد و توسط بارگذاری رزین های آلی با ذرات کوچک پر کننده غیر آلی که به طور کلی شامل فلزات و نیتریدهای فلزی هستند، تولید می شوند.
رسانش الکتریکی و رسانش گرمایی چیست؟
برای اینکه با مفهوم رسانش الکتریکی یا رسانا بیشتر آشنا شویم خوب است بدانیم به هر ماده ای که جریان الکتریکی را به خوبی از خود عبور دهد، رسانای الکتریکی می گوییم و علت اصلی اینکه برخی مواد رسانا هستند، این است که الکترون های آن ها می توانند به راحتی از اتم جدا شده و به حرکت در بیایند. فلزاتی مانند نقره، طلا، مس و آلومینیوم معمول ترین رساناهای الکتریکی هستند؛ چون دارای الکترون های آزاد در پیوند فلزی می باشند. و به دلیل همین خاصیت در ساخت چسب های رسانا بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. در تعریف رسانش گرمایی می توانیم جابجایی انرژی گرمایی از درون ماده را بگوییم که اساس تولید و ساخت چسب های الکتریسیته است.
چسب های الکتریسته موادی هستند که به عنوان جایگزین مناسب برای لحیم های دارای سُرب انتخاب شده اند و روز به روز در حال اضافه شدن و با کیفیت تر شدن هستند.
کاربرد چسب رسانا
همانطور که اشاره کردیم انواع چسب رسانا به منظور برقراری اتصال در قطعات الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند. اما کاربرد این نوع چسب ها فقط به صنعت الکترونیک محدود نمی شود و در صنایعی چون هوا و فضا، لوازم و تجهیزات پزشکی، مخابرات و غیره نیز می باشد.
در صنعت الکترونیک از چسب های رسانای الکتریکی در درجه اول برای مونتاژ بردهای الکترونیک استفاده می کنند. این چسب ها برای اتصال الکتریکی و همین طور برای کاربردهای اتصال حرارتی و ساختاری، بسیار عالی می باشند. و اطمینان و قابلیت بیش تری در سیستم های الکترونیکی فراهم می آورند. چسب های رسانای الکتریکی بدون به خطر انداختن عملکرد مونتاژ قطعات الکترونیکی به محافظت از قطعات حساس الکترونیکی کمک می کنند.
تقسیم بندی چسب های رسانا
چسب های رسانای الکتریسیته که اغلب از نقره، مس، طلا و آلومینیوم ساخته شده اند بر اساس مسیر رسانایی به دو دسته زیر تقسیم می شوند.
- چسب های رسانای همسانگرد
- چسب های رسانای ناهمسانگرد
اصلی ترین کاربرد و استفاده چسب های رسانای همسانگرد در زمینه قطعات الکترونیک است. بر اساس مطالعات انجام شده در زمینه چسب های رسانای الکتریسیته، مشخص شده است که این چسب ها نسبت به فناوری سنتی و قدیمی اتصال لحیمی، مزیت هایی از قبیل دمای فرآورش کمتر، انعطاف پذیری بالا، عملکرد زیست محیطی بهتر و فرآیند پذیری ساده تر دارند. همچنین در یک رسانای الکتریکی همسانگرد به منظور دست یابی به رسانایی الکتریکی، جزء حجمی پرکننده رسانای الکتریسیته باید بصورت مساوی یا بیش تر از جزء حجمی بحرانی باشد.
اهمیت چسب رسانای الکتریکی
از آن جایی که گرمای تولید شده به وسیله ی لحیم کاری باعث ایجاد مشکلاتی به هنگام تولید محصولات الکترونیکی می گردد. و دماهای بالای لحیم کاری ممکن است مانع از استفاده از موادی که به دما حساس هستند شود. افزایش تقاضا برای انواع چسب رسانای الکتریکی افزایش یافته است. که این افزایش تقاضا منجر به طراحی نوین و پیشرفته برای به دست آوردن مواد با خواص بالا به منظور استفاده در حوزه های مختلف زیست پزشکی و هم چنین کاربردهای مختلف پزشکی شده است.
از عمده ترین دلایل استفاده از چسب های رسانا و جایگزین کردن آن ها با لحیم کاری قلع /سُرب می توانیم به خوردگی، مقاومت پایین درزها، خستگی مفصل لحیم کاری و ترک خوردگی ناشی از استرس در اتصال اشاره کنیم.
مزیت های چسب رسانا
انواع چسب رسانای الکتریکی در مواردی که اجزای اتصال خورده حساس به دما باشند اغلب بعنوان جایگزینی برای لحیم کاری مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ زیرا از کارایی و دوام بالاتری برخوردار هستند. علاوه بر این چسب های رسانای الکتریکی دارای مزیت های خاص خود هستند.
این چسب ها قابلیت این را دارند تا بتوانیم به کمک آن ها روش های آسان تری برای رسانای الکتریکی پیدا کنیم تا به بهترین شکل ممکن متناسب با استفاده، کاربردها و نیازهای جامعه باشد.
چرا استفاده از چسب رسانا بهتر از لحیم کاری است؟
علت هایی که چسب های رسانای الکتریکی را به گزینه بهتر و مناسب تری برای سایر روش های اتصال و چسبندگی و هم چنین لحیم کاری می کند، عبارتند از:
- دمای پخت کمتر چسب های رسانای الکتریکی از دمای لحیم کاری
- انعطاف پذیر بیشتر نسبت به لحیم
- مقاومت بالاتر در برابر لرزش
- و عدم استفاده از هر گونه سرب و حلالی در ساختار آن ها.
انواع پر کاربرد چسب رسانا و مزایای آن ها
از انواع چسب رسانا می توانیم اشاره کنیم به: چسب های اپوکسی، چسب های سیلیکون رسانای الکتریکی، خمیر حرارتی یا گریس گرمایی و چسب رسانای اتوکلاو
■ چسب های اپوکسی
در فرایندهایی که خطر ترک خوردگی مکانیکی و حرارت بالا است، اپوکسی های رسانای الکتریکی برای مصرف ایده‌آل هستند. اپوکسی های رسانای الکتریکی به صورت چسب هستند و تشکیل شده از یک یا دو بخش می باشند. اپوکسی های یک بخشی، به طور معمول گرم می گردند. و به همین خاطر باید در انتخاب یک برنامه درمانی دقت نمود که اجزای الکترونیکی حساس، دچار خطر و مشکل نشوند. اپوکسی های دو بخشی شامل یک رزین و یک ماده سفت کننده هستند، و وقتی با نقره پر می شوند، جایگزین مفید و موثری برای لحیم کاری خواهند بود.
البته اپوکسی های تک بخشی هم می توانند به عنوان جایگزین لحیم کاری مورد استفاده قرار بگیرند.
مزیت و کاربرد چسب اپوکسی
استفاده از چسب اپوکسی رسانای الکتریکی یا خمیر رسانای الکتریکی به عنوان جایگزین برای لحیم کاری مزیت های زیادی دارد. از جمله:
• هزینه های پایین تر
• عملکرد و کارایی بهتر
• و زمان تولید سریعتر
از چسب های اپوکسی رسانای الکتریکی اغلب برای متصل کردن اجزای موجود در سیستم های رادار و دوربین خودرو استفاده می کنند.
■ چسب سیلیکون
از رایج ترین موارد استفاده از چسب های سیلیکونی می توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:
1. سیستم های آنتی استاتیک بار الکتریکی (جرقه گیر)
سیستم های آنتی استاتیک برای از بین بردن الکتریسیته ساکن موجود بر روی اجناس مورد استفاده قرار می‌گیرند.
2. چسب های سیلیکونی رسانای الکتریکی
با پیشرف روز افزون صنعت سخت افزار و قدرتمندتر شدن پردازنده ها، گرمای تولید شده نیز افزایش می یابد. به همین خاطر برای افزایش عمر و کارایی و عملکرد هر چه بیش تر قطعات سخت افزاری، لپ تاپ ها، کامپیوترها و تلویزیون ها بایستی کنترل میزان گرمای قطعات را جدی بگیریم. چرا که اصلی ترین عامل فرسودگی قطعات سخت افزاری گرما است. چسب های سیلیکونی نیز به همین منظور تولید شده اند. جهت استفاده در ابزارهایی که نیازمند انعطاف پذیری زیاد و هدایت بالا هستند. این چسب ها برای نصب قطعات کوچک به انواع مختلف بسترهای بهم پیوسته مورد استفاده قرار می‌گیرد و غالباً در صنعت خودرو به عنوان اتصال دوربین ها و رادارها کاربرد دارد. صنعت پزشکی، مخابرات و هوا فضا از دیگر حوزه های پر کاربرد چسب های سیلیکونی رسانای الکتریکی است.
■ خمیر حرارتی یا گریس گرمایی
چسب رسانای گرمایی نوعی ماده خمیری است که از جنس پلیمر بوده و ترکیب آن غالبا متشکل از سیلیکون و اکسید است. البته در بعضی خمیرهای گران تر از رساناهای درجه یک گرما و حرارت، مانند نقره و سرامیک نیز استفاده می کنند. این نوع چسب رسانایِ هادی گرما بین قطعه هایی که دارای حرارت و گرمای زیاد هستند و یا قطعه های منتقل کننده گرما، مثل بین پردازنده (مغز سیستم یا cpu) قرار می‌گیرد. در واقع وظیفه این خمیر حرارتی کمک به انتقال هر چه سریعتر و راحت تر جریان گرما و آسان کردن کار خنک سازی قطعات سخت افزاری است.
و انتقال بالا و بهتر گرما از عمده ترین مزایای خمیرهای حرارتی است. خمیر حرارتی معمولا به صورت پیش فرض روی برخی سیستم ها وجود دارد. اما برای بهره وری و عملکرد هر چه بیش تر لازم است اقدام به جایگزینی آن کنیم. و اما نکته ای که لازم می دانیم در مورد چسب های حرارتی به آن اشاره کنیم این است که در کشور ما، مواد هدایت کننده گرما را که بین قطعات سخت افزاری قرار می‌گیرد به عنوان خمیر سیلیکون می شناسند که این کاملا تصوری اشتباه است.
انواع خمیرهای حرارتی
انواع مختلفی از خمیرهای حرارتی از جمله خمیر حرارتی سیلیکونی، خمیر حرارتی فلزی و خمیر حرارتی سرامیکی در بازار وجود دارد. به طور معمول حد بالای یک خمیر با کیفیت تا دمای ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد است. البته باید این را در نظر بگیریم که عملکرد همه ی این مواد یکسان نیست.
1.خمیرهای حرارتی بر پایه ی سیلیکون یا همان خمیرهای سیلیکونی
همان طور که اشاره کردیم موادی را که به عنوان رسانای گرما در سخت افزار استفاده می شوند خمیرهای حرارتی یا گریس های گرمایی می نامند. و خمیر سیلیکونی تنها یکی از انواع خمیرهای حرارتی به شمار می رود. این خمیرها معمولا از قیمت بسیار پایینی برخوردارند و استفاده کردن از این دسته خمیرها، بسیار آسان و سریع است. ولی از کارایی بالایی برخوردار نیستند.
خمیر سیلیکونی حرارتی چه کاری انجام می دهد؟
خمیر سیلیکون یک هادی گرما و حرارت است و کار این خمیر منتقل کردن هر چه بیش تر و سریعتر گرما است و پردازنده را خنک می کند. این خمیر به صورت یک لایه ی نازک بین پردازنده (cpu یا Gpu) کامپیوتر و لپ تاپ و هیت سینک (گرماگیر) قرار داده می شود و از آن جایی که هوا رسانای خیلی ضعیفی برای گرما است و در بین فضاهای خالی بین پردازنده ها قرار دارد. با قرار گرفتن خمیر سیلیکون، تمامی فضاهای خالی میکروسکوپی که در روی پردازنده یا هیت سینک وجود دارد، پوشش داده می شود و به این صورت از منتقل شدن نا کارآمد گرما و کارایی ضعیف سیستم خنک کننده جلوگیری می شود.
2.خمیرهای حرارتی بر پایه ی فلز
این خمیرها از بهترین نوع خمیرها و هم چنین از گران ترین نوع آن ها هستند. خمیرهایی که بر پایه ی فلز هستند از رسانایی بالایی برخوردار بوده و به بهترین شکل گرما را انتقال می دهند. به طور معمول خمیرهایی که بر پایه ی فلز هستند به علت تشکیل شدن از فلزهای گران قیمتی چون آلومینیوم و نقره، قیمت زیادی دارند و به دلیل رسانای الکتریکی بودن در هنگام نصب آن ها باید دقت کنیم و مراقب باشیم و حدالامکان از کسی که در این زمینه تخصص دارد، کمک بگیریم.
3.خمیرهای حرارتی بر پایه ی سرامیک
در ساخت این خمیرها از فلز استفاده نمی شود. اما این به معنی عدم رسانای گرما بودنشان نیست. خمیرها یا روغن هایی که بر پایه ی سرامیک هستند قیمت مناسب تری دارند و عملکرد بالاتری نیز دارند و برای استفاده کاربران حرفه ای مناسب می باشند.
جنس خمیرهای حرارتی
خمیرهای حرارتی معمولا در جنس های اکسید روی، سرامیک، آلومینیوم، مس، نقره، گرافیت، روغن سیلیکون، نانو ذرات کربن و انواع متریال های ضد اکسیداسیون تولید می شوند.
تفاوت خمیرهای حرارتی با پدهای حرارتی
چسب های رسانای گرما که مواد هادی گرما هستند به طور کلی در دو شکل خمیرهای حرارتی یا گریس های گرمایی و پدهای حرارتی تولید و به بازار عرضه می گردند. با این که این مواد اشکال مختلف و جدا از هم دارند، ولی در آخر، هدف و کاربرد آن ها کاملا یکسان بوده است و بیش ترین تفاوتی که دارند در چگونگی نصب آن ها بر روی قطعات است.
نصب خمیرهای حرارتی و پدهای حرارتی
از آن جایی که نصب خمیرهای حرارتی مشکل تر است باید فردی متخصص و با تجربه این کار را انجام دهد. هم چنین وقتی که می خواهیم خمیرهای حرارتی بر پایه ی فلز را نصب کنیم، به علت رسانا بودن مواد، باید احتیاط کنیم تا منجر به بروز مشکل در مادربرد نشویم.
اما در مقابل نصب پدهای گرمایی بر خلاف خمیرهای حرارتی بسیار آسان بوده و هم چنین از قیمت پایین تری نیز برخوردارند. برای نصب خمیر حرارتی بر روی پردازنده، روش های مختلفی وجود دارد. ولی در هر صورت باید قبل از شروع، سطح پردازنده را با دقت تمیز کنیم و این کار را معمولا به وسیله ی الکل درصد بالا و دستمال تمیز یا گوش پاک کن انجام می دهیم.
چه خمیر حرارتی بخریم؟
-خمیر حرارتی زالمن مدل ZM_ STG2
یک خمیر بسیار عالی و نسبتا با قیمت بالا، که با پایه ی فلز و در وزن ۳.۵ گرم است و در بازار عرضه می شود.
این خمیرها مناسب کاربران حرفه ای هستند که نگران دمای بالای پردازنده خود می باشند.
خمیر حرارتی زالمن با حجمی که دارد تا چهار بار قابل استفاده است.
و جزو بهترین خمیرهای حرارتی است که ترکیب آن، حاوی ۴۰ درصد اکسید نقره و ۵۰ درصد اکسید آهن است.
مقدار دمای قابل تحمل توسط این خمیر از منفی ۴۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد است که به خاطر این ویژگی، انتخابی مناسب برای سیستم های قدرتمند است.
-خمیر حرارتی آرسنیک مدل MX_4_2019
این نوع خمیر حرارتی از بهترین و با کیفیت ترین خمیرهای موجود در بازار است.
خمیر حرارتی آرسنیک در وزن ۳ گرمی در بازار وجود دارد که برای چندین بار قابل استفاده است و کارایی مفید ۸ ساله دارد.
این خمیر از ترکیبات میکرو ذرات کربنی تشکیل شده است و در ترکیب خود مواد فلزی و سیلیکونی ندارد.
و برخلاف مواد مس و نقره باعث آسیب رسیدن و صدمه زدن به قطعات نمی شود.
خمیر آرسنیک برخلاف کارایی و عملکرد بالا قیمت مناسبی دارد و برای انواع مختلف پردازنده های لپ تاپ ها و کامپیوترها قابل استفاده است.
-خمیر سیلیکون کولر مستر مدل E2 ESSENTIAL
این خمیر از محصولات با کیفیت است و در حجم ۱.۵ میلی لیتری عرضه می شود که برای چندین بار قابل استفاده است و انتخابی مناسب برای کاربران حرفه ای است که نگران دمای بالای پردازنده خود هستند.
خمیر سیلیکون کولر مستر در بسته های ۳.۵ گرمی در بازار وجود دارد و فاقد مواد فلزی بوده و پایه ی آن سیلیکون است.
چسب رسانای اتوکلاو نواری چسبنده است که با قرار گرفتن در معرض حرارتی که معمولا در جریان و فرایند استرلیزاسیون مورد استفاده واقع می شود، تغییر رنگ می دهد. محدوده این حرارت معمولا در یک اتو کلاو بخار ۱۲۱ درجه سانتی‌گراد است ولی می توانیم در بعضی از اتو کلاوها دما را تا ۱۳۴ درجه نیز افزایش دهیم؛ زیرا توان تحمل را دارند. در اتو کلاو بخار، چسب اتو کلاو به عنوان یک نشانگر استفاده می شود. و با تغییر رنگ دادن می فهمیم که فرایند استریل انجام شده است. طراحی چسب اتو کلاو به گونه ای است که حساس به فشار می باشد و خاصیت چسبندگی دارد. چسب اتوکلاو به تمامی انواع مختلف پوشش ها می چسبد و در طول فرایند استرلیزاسیون مطمئن باقی می ماند. این چسب دارای یک نشانگر شیمیایی است که تایید می کند این نوار در فرایند استرلیزاسیون قرار گرفته است. و خط های مورب سیاه رنگ آن، بعد از گذشت ۲ دقیقه در دمای ۱۳۴ درجه سانتی‌گراد و یا بعد از گذشت ۱۰ دقیقه در دمای ۱۲۱ درجه سانتی‌گراد، ظاهر می شوند.
چسب اتو کلاو دارای نشانگر کلاس یک می باشد. و از متریال با کیفیت زیاد و چسبندگی خوب و مقاوم در برابر تغییرات فیزیکی و شیمیایی ساخته شده است. همان طور که می دانیم اندیکاتور یا تست اتو کلاو کلاس ۱ جهت تشخیص لوازمی که در معرض استرلیزاسیون قرار گرفته اند از لوازمی که استرلیزاسیون نشده اند، استفاده می شود. و با مشاهده تغییر رنگ تست، می توان فهمید که لوازم و ابزارها وارد فرایند استریل شده اند یا خیر؟
لازم به توضیح است این تست هرگز صحت و دقت فرایند استریل را نشان نمی دهد و در واقع تاییدی برای انجام فرایند استریل است.
چرا تست اتوکلاو کلاس ۱ مهم است؟
از آن جایی که این تست برای تشخیص اینکه کدام یک از پک ها و قطعات در فرایند استریل قرار گرفته اند، مورد استفاده قرار می‌گیرد انجام آن از ضرورت خاصی برخوردار است.
چگونه از تست اتو کلاو کلاس ۱ استفاده کنیم؟
تست اتو کلاو ۱ قابلیت چسبندگی زیادی به پارچه، کاغذ و پلاستیک دارد و نوارهای رنگی روی آن، بعد از فرایند استریل تغییر رنگ می دهند که همین موضوع نشانگر حضور پک یا بسته در فرایند استرلیزاسیون است.
ویژگی های نوار یا چسب رسانا اتو کلاو چیست؟
• یک نوار مقاوم کاغذی است که با رویه ی چسبنده ی قوی پوشش یافته است.
• چسب اتوکلاو در ۳ عرض ۱۲ میلی متر، ۱۹ میلی متر و ۲۵ میلی متر به طول ۵۰ متر در بازار وجود دارد.
• چسب رسانای اتو کلاو بدون سرب است.
• جوهر نشانگر روی چسب، در زمان کامل شدن فرایند استریل انواع اتو کلاو به صورت خط های مورب سیاه رنگ ظاهر می شود.
• خاصیت جدا شدن راحت بدون باقی ماندن هیچ گونه اثر چسبناک بر روی وسایل را دارد.
• روکش چسبنده ی حساس به فشار، در دما و فشار بالا از سطح چسب اتو کلاو جدا نمی شود.
نحوه ی استفاده از برچسب اتو کلاو ۱
برچسب را روی وسایلی که می خواهیم استریل کنیم می چسبانیم و در شرایط استریل قرار می دهیم. اگر فرایند استریل انجام گرفته باشد، برچسب تغییر رنگ می دهد و ما اطمینان حاصل می کنیم که واقعا عملیات استریل سازی انجام شده است.
کاربرد چسب اتو کلاو
از جمله کاربردهای چسب اتوکلاو می توانیم اشاره کنیم به:
- صنایع تولیدی غذا و دارو
- آزمایشگاه ها
انواع دیگر چسب های رسانا
- چسب رسانای نقره آرسین (چسب هادی جریان برق)
- قابلیت استفاده در الکترودگذاری های فیزیکی و شیمیایی
- قابلیت استفاده در لایه نشانی های نانو
- استفاده در بردهای معمولی و SMD
چسب رسانای نیکل
یک جایگزین بسیار خوب برای چسب های رسانای نقره یا کربن است. یک چسب حرارتی قوی اکریلیک با خاصیت چسبندگی بالا، هدایت خوب و با قیمت مناسب در بازار است.
کاربرد چسب رسانای نیکل
• استفاده در میکروسکوپ الکترونی، پرتو یونی، میکرو پروب الکترونی و تمام دستگاه هایی که دارای پروب اسکن هستند.
• ترمیم اتصالات و خطوط در مدارها
• نمونه سازی
• روانکاری رسانا
• پوشش الکترو شیمیایی
ویژگی های چسب رسانای نیکل
• این چسب بسته به ضخامت، به صورت سریع خشک می شود و هدایت حرارتی خوبی در حالت خشک نشان می دهد.
• حلال استون است. (این محلول حاوی تقریبا ۵۰ درصد نیکل و باینر اکریلیک است.)
نوار کربن رسانا با خلوص ۹۹.۹۸ درصد
این چسب نواری با رسانایی الکتریکی بالا و با چسب اکریلیک حساس است.
ویژگی های نوار کربن رسانا
• دارای قدرت چسبندگی بالا به فلزات، پلاستیک، ویفر، سرامیک، لاستیک، چوب، شیشه، کاغذ و ذرات کوچک و الیاف است.
• سمت چسبنده آن با کاغذ سیلیکونی پوشش داده شده است.
• عمر طولانی دارد.
• قابلیت نگه داشتن در فریزر را دارد.
• بسیار مناسب برای استفاده در EDS است.
• دارای رسانایی الکتریکی کمتر نسبت به چسب های دو طرفه مسی است.
• و حلال استون می باشد. (محلول حاوی حدود ۱۵ درصد گرافیت و پودر کربن بلک به علاوه چسبنده ی اکریلیکی است.)
کاربرد نوار کربن رسانا
برای استفاده در میکروسکوپ های الکترونی، پرتو یونی، میکرو پروب الکترونی و تمام دستگاه هایی که دارای پروب اسکن هستند.