An dieser Stelle möchte ich mich auf einige der Herausforderungen konzentrieren, denen Sie bei der Auswahl und dem Auftragen von Wärmeleitmaterialien eventuell gegenüberstehen werden. Außerdem werde ich etwas genauer auf Wärmewiderstand, Viskosität und Vibration sowie deren Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit des Materials eingehen. Bei der Auswahl eines Wärmemanagementprodukts geht es nicht nur darum, alle Anforderungen auf Ihrer Liste abzuhaken. Es ist ein komplexer Prozess, bei dem berücksichtigt werden muss, wie das Produkt in Übereinstimmung mit den Produktionsplänen eingesetzt wird und wie es in der endgültigen Anwendung getestet wird. Die Auswahl des richtigen Wärmemanagements für eine bestimmte elektronische Baugruppe und ihre zukünftigen Betriebsbedingungen ist alles andere als einfach. Sobald die Entscheidung getroffen ist, ist es von entscheidender Bedeutung, dass das eingesetzte Wärmeleitprodukt während der erwarteten Lebensdauer des Endprodukts auch langfristig eine zufriedenstellende Leistungsfähigkeit erbringt. Um dies sicherzustellen, muss die Leistung des Geräts und der Wärmewiderstand zwischen dem Bauteil und dem Kühlkörper mit einem beschleunigten Alterungstest oder/und Umgebungstests, die die realen Anwendungsbedingungen simulieren, gemessen werden. Nur so können Sie sicher sein, dass das gewählte Wärmemanagementprodukt auch wirklich geeignet ist. Lassen Sie uns also ohne Umschweife untersuchen, wie Sie Ihren Wärmemanagementprozess mithilfe unseres bewährten Fünf-Fragen/Fünf-Antworten-Formats vollständig optimieren können.
1) Wie stelle ich sicher, dass meine Wahl des Wärmemanagementmaterials die richtige ist? Welche Faktoren müssen in Betracht gezogen werden?
Bei der Auswahl eines Wärmemanagementprodukts muss auch das Applizieren des Materials unter Produktionsbedingungen berücksichtigt werden, da die Schichtdicke und -gleichmäßigkeit eines Thermal-Interface-Materials einen dramatischen Einfluss auf die Wirksamkeit der Wärmeübertragung haben kann. Ein Produkt, das unter Laborbedingungen getestet wurde, verhält sich daher möglicherweise nicht so wie ein Material, das in der Produktion eingesetzt wird. Aus diesem Grund ist die theoretisch besten Wahl auf dem Papier, nicht unbedingt die beste Wahl in der Praxis, wo zusätzlichen Faktoren berücksichtigt werden müssen.
2) Was ist Wärmewiderstand?
Der Wärmewiderstand beruht nicht nur auf der Wärmeleitfähigkeit allein, sondern berücksichtigt auch die Leistungsfähigkeit des Produkts unter den tatsächlichen Einsatzbedingungen, indem auch die Schichtdicke des Interfaces und der Kontaktwiderstand an beiden Grenzflächen berücksichtigt werden. Die gebräuchlichste Methode zur Bewertung der Leistungsfähigkeit eines Wärmemanagementprodukts ist die Messung des Wärmewiderstands zwischen Bauteil und Kühlkörper, mit und ohne Wärmemanagementprodukt. Eine weitere gängige Methode ist die Messung der Betriebstemperatur des Geräts oder der Komponente mit und ohne Verwendung des Wärmemanagementprodukts.
3) Warum beeinflusst die Viskosität eines Wärmeleitmaterials die Verarbeitungsparameter und die Leistungsfähigkeit?
Die Viskosität eines Wärmeleitmaterials kann sich auf die Applikationsmethode auswirken. Beim Siebdruckverfahren zum Beispiel steuert die Maschenweite die Dicke der aufgetragenen Paste. Wenn die Paste zu zähflüssig ist, lässt sie sich eventuell nicht gut über das Sieb verteilen, so dass nicht die gewünschte Dicke aufgetragen werden kann. Ähnlich verhält es sich bei Dosieranwendungen. Wenn das Produkt eine zu geringe Viskosität aufweist, könnte es sich zu gut verteilen und in unerwünschte Bereiche fließen.
Im Betrieb gibt die Art und Weise, wie ein Material auf Scherkräfte reagiert, einen Hinweis darauf, wie es sich bei Temperaturwechseln bzw. Thermoschocks verhält und so z. B. Pump-out-Effekte auftreten können. Wenn das Wärmemanagementmaterial scherverdünnend ist, verringert sich seine Viskosität mit zunehmender Scherkraft. Der Effekt kann zwischen zwei Oberflächen auftreten, die sich bei Temperaturänderungen ausdehnen und zusammenziehen, was durch ihren Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) dargestellt wird. Haben die Substrate einen hohen CTE oder weisen einen großen CTE-Unterschiede zueinander auf, kann die Scherwirkung eine Viskositätsänderung im Wärmeleitmaterial bewirken und damit seine Stabilität im Endgebrauch beeinträchtigen.
4) Wie groß ist der Einfluss von Vibration auf die Wahl des Wärmemanagementmaterials?
Vibration kann bei manchen Anwendungen ein erhebliches Problem darstellen. Wie der Pump-Out-Effekt ist Vibration eine physische Veränderung, die in der Umgebung stattfindet. Mit einer solchen Bewegung kann eine Veränderung der Position des Wärmemanagementprodukts auftreten. Dies kann zu einer verminderten Effizienz der Wärmeübertragung führen. Bei Gap-Filler-Anwendungen können die Auswirkungen von Vibrationen wesentlich größer ausfallen, insbesondere wenn es sich bei dem Produkt um eine nicht aushärtende Paste oder ein Putty handelt. Beim Einsatz von Gap-Fillern wird in der Regel deutlich mehr Material in einem Bereich aufgetragen. Daher kann die Bewegung durch Vibration große Verschiebungen in der Platzierung des Gap-Fillers verursachen, wenn er nicht durch die Struktur der Leiterplatte oder des Gehäuses an Ort und Stelle gehalten wird. Sind Vibrationstests für die Leiterplatte erforderlich, sollten diese Tests unbedingt mit dem gewählten Wärmemanagementprodukt wiederholt werden, um sicherzustellen, dass während der erwarteten Lebensdauer des Geräts keine signifikanten Veränderungen auftreten.
5) Die 5 wichtigsten Erfolgstipps
Ein Faktor, der nicht oft genug betont werden kann, ist der “Test-before-you-buy”-Ansatz. Wenn ein Wärmemanagementprodukt vor dem Einsatz nicht getestet wird, kann die Leistungsfähigkeit des Endprodukts anders ausfallen, als erwartet. Die folgenden Punkte sind für ein erfolgreiches Wärmemanagement unerlässlich:
• Beachten Sie alle äußeren Einflussfaktoren – Temperatur, Vibration, etc.
• Wählen Sie den idealen Produktionsprozess für die zu applizierende Menge.
• Berücksichtigen Sie das Leiterplattendesign – prüfen Sie bei TIM-Anwendungen, ob der Schnittstellenspalt minimiert werden kann und stellen Sie sicher, dass er nicht übermäßig breit ist.
• Berücksichtigen Sie die auf der Leiterplatte/Baugruppe vorhandenen Materialien; sind empfindliche Materialien vorhanden oder hohe CTE-Werte?
• Testen, testen, testen! Wählen Sie das am besten geeignete Produkt auf Grundlage der erforderlichen Wärmeübertragung und berücksichtigen Sie die oben genannten Punkte 1-4. Testen Sie immer unter den Bedingungen der Endanwendung!
Um das Ansehen Ihres Produkts am Markt zu verbessern, ist es von grundlegender Bedeutung, sicherzustellen, dass die gewünschte Effizienz der Wärmeübertragung über die Lebensdauer Ihres Produkts erreicht wird. Die Entscheidung für das richtige Material und die richtige Applikationstechnik kann eine Herausforderung darstellen. Unternehmen wie Electrolube verfügen über jahrelange Erfahrung bei der Lösung von Wärmemanagementproblemen ihrer Kunden. Wie immer empfehle ich Ihnen, sich von einem Experten beraten zu lassen, bevor Sie sich für ein bestimmtes Material oder eine bestimmte Applikationsmethode entscheiden, anstatt zu versuchen, Ihre Fragen zum Wärmemanagement selbst zu lösen. Ich hoffe, dass Ihnen die diesmonatige Kolumne bei der Wahl Ihres Wärmemanagementmaterials helfen wird. Bitte lesen Sie auch meine nächste Kolumne, in der ich auf weitere Fragen zum Wärmemanagement eingehen werde. Sollten Sie Vorschläge für bestimmte Themenbereiche haben, scheuen Sie sich bitte nicht mit uns in Kontakt zu treten.
