Wärmleitprodukte: Die goldenen Regeln der Produktauswahl

In dieser Ausgabe gibt Jade Bridges, Global Technical Support Manager bei Electrolube, weitere Hilfestellung zur Materialauswahl auf Grundlage einer gründlichen Bewertung der Baugruppe, der Anwendung, umweltbedingter Einschränkungen sowie unter Berücksichtigung möglicher Probleme innerhalb des Produktionsprozesses. Außerdem gibt sie zwei goldene Regeln, die Ihnen bei der Vermeidung kostspieliger Fehler helfen werden.

Die Auswahl des richtigen thermischen Managementmaterials, für eine bestimmte elektronische Baugruppe und die voraussichtlichen Betriebsbedingungen, ist alles andere als einfach. Es gibt eine Reihe von Schritten im Auswahlprozess, die Sie in Betracht ziehen sollten, bevor Sie sich für ein bestimmtes Material oder Materialformat – Pad oder Paste – entscheiden. In meiner aktuellen Kolumne zum wirkungsvollen Wärmemanagement für elektronische Baugruppen werde ich wieder auf das bewährte Format mit fünf Fragen und Antworten zurückgreifen, um Ihnen ein paar hilfreiche Tipps zu geben. Dabei werde ich mit ein paar Hinweisen zu den „Schmerzpunkten“ beginnen, die Ihnen in Ihrem Entscheidungsprozess begegnen können.

Welche typischen „Schmerzpunkte“ werden mit thermischen Managementprodukten bzw. Wärmeleitprodukten in Zusammenhang gebracht?

Womit fange ich am besten an? Es stehen eine Vielzahl an Material oder Materialformaten zur Auswahl, die verschiedene Aufgaben erfüllen. Diese sind unter anderem von den physikalischen Einschränkungen der Anwendung, den zu berücksichtigen Umwelt- und Einsatzbedingungen, dem Grad der Beanspruchung, dem Layout der Komponente und der Geometrie der Baugruppe abhängig.

Bei der Suche nach einem geeigneten Produkt sollten Sie sich als erstes fragen: Auf welche Daten kann ich mich verlassen? Natürlich gibt es einige hervorragende Datenblätter, welche jeder anständige Hersteller mit größter Sorgfalt und nach bestem Wissen und Gewissen erstellt hat. Aber wissen Sie wirklich, welche Wärmeleitfähigkeit Sie beispielsweise benötigen? Und wissen Sie, wie viel Material an der Schnittstelle zwischen Komponente und Kühlkörper erforderlich ist, um eine stabile thermische Anbindung zur Baugruppe zu erhalten?

Denken Sie an die praktischen Aspekte – wie möchten Sie das Material auftragen: manuell oder automatisch? Und vergessen Sie nicht die kleinen Details, die oft übersehen werden – die Bedingungen in der Betriebsumgebung (die beispielsweise einen „Pump-Out“-Effekt zur Folge haben können); Migration des Schnittstellenmaterials und die Auswirkungen auf die umgebenden Komponenten oder die in der Konstruktion der Baugruppe verwendeten Materialien, welche oft empfindliche Kunststoffe und Sonderbeschichtungen enthalten. Wenn Sie hilfreiche Tipps zu diesen Punkten wünschen, lesen Sie bitte weiter:

Wie vermeide ich diese Schmerzpunkte?

Um diese und weiter oben gestellte Fragen zu beantworten, werde ich Ihnen zwei goldene Regeln an die Hand geben, die Sie zumindest auf den richtigen Pfad für informierte Entscheidungen bringen.

Regel Nr. 1: Lesen Sie die technischen Datenblätter, vergleichen Sie die Werte aber nicht nur auf dem Papier. Besorgen Sie sich ein paar Produktproben und sehen Sie, wie sie sich in einer realen Anwendung verhalten. Ein guter Lieferant nimmt diese Art von Anfrage gerne entgegen. Einige können hauseigene Prüfanlagen zur Verfügung stellen, um Ihnen bei der richtigen Entscheidung zu helfen.

Ich kann nicht genug betonen, wie wichtig dieser „Test vor dem Einsatz“ -Ansatz ist. Wenn ein Wärmeleitprodukt nicht vor der Verwendung getestet wird, kann die letztendliche Leistung Ihres Produkts stark von Ihren Erwartungen abweichen. Wenn Sie Ihren Ruf auf dem Markt schätzen, ist es wichtig sicherzustellen, dass die gewünschte Effizienz der Wärmeübertragung über die erwartete Lebensdauer Ihres Produkts erreicht und beibehalten werden kann.

Regel Nr. 2: Auf die Anwendung kommt es an!
Stellen Sie sicher, dass das ausgewählte Produkt Ihren Produktionsanforderungen entspricht. Vergessen Sie nicht eventuelle Anforderungen an eine Nachbearbeitung des Materials, wie z. B. bei Reparaturen notwendig. Ihre Anforderungen können die Materialauswahl für bestimmte Chemietypen einschränken.
Seien Sie nicht zurückhaltend, wenn Sie Rat suchen. Sprechen Sie mit Ihrem Lieferanten für Wärmemanagementmaterialien über Ihre wichtigsten Anforderungen, sowohl bezüglich der Anwendung als der endgültigen Verwendung. So können Sie sicherstellen, dass Ihre endgültige Materialauswahl die für Sie beste Eigenschaftenkombination darstellt.

Wie weiß ich, dass das gewählte Wärmemanagementprodukt die beste Lösung für die Aufgabe ist?

Die Leistung eines thermischen Managementprodukts kann am besten bewertet werden, wenn der thermische Widerstand zwischen Komponente und Kühlkörper gemessen wird, einmal mit und einmal ohne aufgetragenem Wärmeleitprodukt. Eine weitere häufige Methode ist die Messung der Betriebstemperatur des Geräts oder der Komponente, wiederum mit und ohne aufgetragenem Wärmeleitprodukt.

Wie bereits erwähnt, ist es entscheidend sicherzustellen, dass das aufgetragene Wärmeleitprodukt über die erwartete Lebensdauer des Endprodukts eine ausreichend gute Leistung aufweist. Um dies zu gewährleisten, muss die Leistung des Geräts oder der thermische Widerstand zwischen Gerät und Kühlkörper nach einer beschleunigten Alterung oder nach Umgebungstests, die die realen Anwendungs-bedingungen simulieren, erneut gemessen werden. Nur so können Sie sicherstellen, dass das gewählte Wärmemanagementprodukt wirklich für die Aufgabe geeignet ist.

Vergessen Sie nicht, dass Sie unabhängig von Ihrer Materialwahl die Auftragungsmethode des Wärmeleitprodukts und die für die Produktion benötigte Menge berücksichtigen müssen. Stellen Sie sicher, dass das gewählte Produkt auch Ihre Anforderungen hinsichtlich der einfachen Anwendung erfüllt und dass die Dosier-/Auftragungsrate mit der Geschwindigkeit der Produktionslinie kompatibel ist.

Wie kann ich eine Wärmeleitpaste auftragen?

Wärmeleitpasten wurden so entwickelt, dass sie als dünne, gleichmäßige Schicht aufgetragen werden können. Sie sollte die gesamte Fläche des Gegenkontakts ohne Überschuss abdecken. Jeglicher Überschuss, der aus der Schnittstelle herausgedrückt wird, wenn die Komponente mit seinem Kühlkörper zusammengebracht wird, sollte entfernt werden. Zu viel aufgetragene Wärmeleitpaste kann Probleme durch Herausquellen an den Schnittstellenrändern, Ölaustritt und – am wichtigsten – einen erhöhten thermischen Widerstand verursachen, was zu einer verringerten Effizienz der Wärmeableitung führt.

Wärmeleitpasten können über Sieb- oder Schablonendruck oder mit speziell konstruierten Dosiergeräten aufgetragen werden. In jedem Fall sollte die richtige Menge an Wärmeleitpaste berechnet werden, um sicherzustellen, dass nur die minimal erforderliche Wärmeleitpaste an der Grenzfläche aufgetragen wird.

Warum sollte ich mich statt für eine herkömmliche Wärmeleitpaste für ein Gap-Pad entscheiden?

Bisher habe ich mich auf Wärmeleitpasten konzentriert, die im Wesentlichen Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Viskositäten sind und in verschiedenen chemischen Typen angeboten werden. Eine weitere Methode ist die Verwendung von Gap-Pads, also Folienmaterial, dass auf die benötigte Form und Größe zugeschnitten werden kann. Sie sind einfach in der Anwendung und werden normalerweise manuell auf der Oberfläche aufgetragen, sodass keine Misch-, Vorbereitungs- oder Aushärteschritte erforderlich sind. Die Antwort ist wirklich, dass Gap-Pads eine praktikable Lösung sein können, insbesondere für manuelle Produktionsschritte mit geringen Mengenvolumen.

Ich hoffe, dass ich die Navigation durch das Minenfeld der Auswahl von thermischen Managementmaterialien etwas vereinfachen konnte! In meiner nächsten Kolumne möchte ich bestimmte Probleme beim thermischen Management etwas näher beleuchten.