Bei der Entwicklung und dem Design von Leiterplatten und elektronischen Baugruppen sollte eine ausreichende Kühlung stets schon mit bedacht werden, sorgt sie doch für eine verbesserte Zuverlässigkeit und erhöhte Leistungsausbeute der Geräte. Aber was wäre, wenn man die Grenzen noch weiter verschieben und die Langzeitstabilität erhöhen könnte? Um dem nachzugehen, wie dies erreicht werden kann, werde ich im Blog dieses Monats einige der letzten Fortschritte in der Wärmemanagement-Technologie ansprechen.
Außerdem werde ich im Rahmen unseres Fünf-Tipps-Formats einen genaueren Blick auf die Optionen für eine automatisierte Verarbeitung von Wärmeleitmaterialien werfen und die Machbarkeit der Verwendung eines Gießharzes mit hoher Wärmeleitfähigkeit anstelle eines TIMs (thermal interface materials) diskutieren. Heutzutage gibt es eine Reihe von umweltfreundlichen Wärmeleitmaterialien, daher werde ich auch auf Möglichkeiten eingehen, Ihre Umweltfreundlichkeit zu verbessern, und die Bedeutung der Wärmeleitfähigkeit des Materials entmystifizieren. Lassen Sie uns also ohne Umschweife mit den neuen Fortschritten auf dem Felde des thermischen Managements beginnen:
1) Was ist mit den zuletzt erfolgten Fortschritten in der Wärmemanagementtechnologie und wie unterscheiden sich diese Produkte von einigen der traditionelleren Pasten und Fette?
Wärmeleitpasten und -fette spielen seit vielen Jahren eine herausragende Rolle im Wärmemanagement und werden dies voraussichtlich auch noch viele weitere Jahre tun. Pasten sind einfach aufzutragen und erlauben eine spätere Reparatur. Sie stellen eine kostengünstige Alternative zu einem wärmeleitenden Verguss dar. Aber machen Sie Platz für die neuen Stars… Phase-Change Materialien, allgemein als PCMs bezeichnet. Sobald sie über ihre Phasenwechseltemperatur erhitzt werden, verwandeln sich PCMs in hochgradig thixotrope Flüssigkeiten, die genauso gut und manchmal sogar besser als herkömmliche Wärmeleitpasten funktionieren. Darüber hinaus sorgt ihre niedrige Phasenwechseltemperatur, beim Durchlaufen dieses Temperaturbereichs im Betrieb, für ein Setzen des Aufbaus. Es stellt sich somit die minimal mögliche Schichtdicke des thermischen Übergangs und somit der, für den konkreten Aufbau, geringst mögliche thermische Widerstand ein und dies über einen weiten Temperaturbereich und bei verbesserter Stabilität des Wärmeübergangs. Ein wesentlicher Vorteil der Phase-Change Technologie ist die stark reduzierte Auswirkung des sogenannten Auspumpens – damit sind Phase-Change Materialien eine hervorragende Wahl für Anwendungen, die stark schwankenden Temperaturen ausgesetzt sind.
Phase-Change Materialien bieten all die Vorteile von Wärmeleitpasten. Was ihre einfache Verarbeitbarkeit in der Serienfertigung angeht, können sie mit minimalen, wenn überhaupt, Änderungen eingesetzt werden. Sie erlauben ebenfalls eine spätere Reparatur der Baugruppe. Aber Phase-Change Materialien besitzen im Vergleich zu Thermalpasten eine höhere Langzeitstabilität, da sie besser für thermisch anspruchsvolle Anwendungen geeignet sind, bei denen die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Produkts ein kritisches Faktum sein kann, wie z. B. in der Automobil-/Luftfahrtelektronik oder bei Wechselrichtern von Offshore-Windkraftanlagen. Traditionelle Wärmeleitpasten/-fette werden weiterhin eine beliebte Wahl sein, obwohl für einige Anwendungen, insbesondere solche, die eine größere Langzeitstabilität erfordern, ein Phase-Change Material wahrscheinlich die Oberhand gewinnen wird.
2) Welche Möglichkeiten gibt es für das automatisierte Auftragen von Wärmeleitprodukten?
Automatisierte Anwendungen erfordern den Einsatz von Spezialgeräten, die bei Dosieranlagen typischerweise aus einem Dosierkopf / einer Dosiereinheit bestehen, bei dem / der das Material über eine Materialversorgung zugeführt wird. Aufgrund der hohen Viskosität der Wärmeleit-Materialien handelt es sich bei der Materialzuführung in der Regel um ein Entleersystem mit Folgeplatte, das an die verwendeten Behälter für das Wärmeleitmaterial angepasst ist. Darüber hinaus sind auch automatisierte Schablonen- und Siebdruckgeräte weit verbreitet. Electrolube arbeitet mit einer Reihe von lokalen und internationalen Herstellen von Anlagen und Geräten zusammen. Bitte kontaktieren Sie uns für weitere Informationen.
3) Wann würde ich sinnvollerweise ein Gießharz mit hoher Wärmeleitfähigkeit benötigen?
Elektronische Komponenten und Geräte erzeugen während ihres Betriebs unterschiedliche Mengen an Wärme. Wo erhebliche Mengen an Verlustwärme erzeugt werden, kann eine Entwärmung/Kühlung erforderlich sein, um die Lebensdauer des Geräts zu verlängern und eine höhere Betriebssicherheit zu gewährleisten. Für bestimmte Anwendungen kann es von Vorteil sein, die gesamte Baugruppe mit einer wärmeleitenden Vergussmasse zu vergiessen und über den Verguss an das Gehäuse und/oder einen Kühlkörper anzubinden. Diese Methode bietet sowohl eine Spreizung und Ableitung der entstehenden Wärme, als auch Schutz vor der Umgebung, wie z. B. vor hoher Feuchtigkeit oder korrosiven Bedingungen. Auch hier ist darauf zu achten, dass während des Vergusses keine Lufteinschlüsse entstehen, da diese die Wärmeübertragung zum Metallgehäuse beeinträchtigen. Mineralische Füllstoffe, die in einigen Harzsystemen verwendet werden, haben eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Matrixmaterial selbst, daher sind gefüllte Harze besser als ungefüllte Harze, was die Wärmeableitung angeht. Je höher der Füllstoffanteil, desto höher ist in der Regel die Wärmeleitfähigkeit – höhere Füllstoffanteile führen jedoch zu einer höheren Viskosität und einer größeren Möglichkeit von Lufteinschlüssen im Verguss.
4) Welche Optionen gibt es für umweltfreundlichere Wärmemanagement-Produkte?
In den letzten Jahren haben wir eine steigende Nachfrage nach umweltfreundlicheren Produkten in allen unseren Produktgruppen festgestellt. Im Bereich des Wärmemanagements haben wir jedoch eine Hochleistungs-Wärmeleitpaste entwickelt, die völlig frei von Zinkoxid (ZnO) ist. Diese silikonfreie Wärmeleitpaste wird für Anwendungen empfohlen, bei denen die Verwendung von Zinkoxid unerwünscht oder verboten ist, wie z. B. auf See, wo ZnO ein Schadstoff ist, und wo Silikone verboten sind, wie z. B. in Offshore-Energieerzeugungsanlagen. HTCX_ZF ist eine hochstabile, nicht aushärtende Paste, was bei Bedarf ein späteres Reparieren der Baugruppe erlaubt. Sie wird dort empfohlen, wo eine effiziente und zuverlässige thermische Anbindung von elektrischen und elektronischen Bauteilen erforderlich ist, wo gute Wärmeleitfähigkeit und stabile Wärmeableitung wichtig sind.
5) Welche Bedeutung hat der Wert der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Materials?
Die anfängliche Auswahl geeigneter thermischer Wärmeleitmaterialien für Tests erfolgt oft auf der Grundlage einer hohen spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Materials selbst. Diese Wärmeleitfähigkeit allein kann jedoch einen falschen Eindruck von der zu erwartenden Leistungsfähigkeit des thermischen Übergangs vermitteln. Wenn die Tests unter den konkreten Anwendungsbedingungen durchgeführt werden, zeigt letztlich ein niedriger thermischer Widerstand des thermischen Pfads die wahre Wärmeübertragungseffizienz des TIMs an.
Ich hoffe, dass der Blog dieses Monats dazu beigetragen hat, Licht in einige Fragen des Wärmemanagements zu bringen. Electrolube hat ein umfangreiches Portfolio an Wärmemanagement-Produkten und um ganz ehrlich zu sein, kann es ein komplexer Prozess sein, die richtige Wahl des Materials und/oder der Anwendungstechnik zu treffen. Unternehmen wie Electrolube haben jahrelange Erfahrung in der Lösung von Entwärmungsproblemen ihrer Kunden, und wie immer empfehle ich Ihnen dringend, sich von einem Experten beraten zu lassen, bevor Sie sich für ein bestimmtes Material oder eine bestimmte Methode entscheiden. Ich hoffe, die Leser haben diesen Artikel nützlich gefunden. Halten Sie Ausschau nach meiner nächsten Kolumne, die in Kürze erscheinen wird.
