Wärmemanagement

Blog Electrolube Wärmemanagement

Warum Wärmemanagement so wichtig ist für Ihre Leiterplatten

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Jade Bridges von Electrolube kehrt zum Thema Wärmemanagement zurück und erinnert uns daran, warum es beim Entwerfen von Schaltkreisen und elektronischen Baugruppen eine so wichtige Rolle spielt. Sie stellt die Frage, wann die Verwendung einer Silikon-Wärmeleitpaste geeignet ist und wann nicht. Sie gibt auch Hinweise auf zukünftige Trends für die Wärmemanagementtechnologie von Schaltkreisen.

Die Auswahl
Es stehen verschiedene Materialien und Methoden zur Auswahl, die je nach physikalischen Einschränkungen der Anwendung, dem Komponentenlayout und der Baugruppengeometrie, der Umgebung, in der die Baugruppe platziert wird, der Schwere der Beanspruchung usw. unterschiedlichen Zwecken dienen. Dann sind einige spezifischere Fragen zu stellen, wie zum Beispiel: Welche Wärmeleitfähigkeit benötige ich oder wie viel Material wird in der Grenzfläche zwischen Komponente und Kühlkörper benötigt, um eine thermisch stabile Baugruppe zu erreichen?

Schon wenn Sie das kleinste Detail übersehen, kann es die Leistung Ihrer elektronischen Baugruppe beeinträchtigen. Offensichtlich beeinträchtigt eine schlechte Wärmemanagementpraxis sowohl die Effizienz der Wärmeableitung von Bauteilen, als auch dessen zuverlässige Ableitung aus der Baugruppe. Wenn die Temperatur einer Komponente ansteigt und ihre Gleichgewichtstemperatur erreicht, entspricht die Wärmeverlustrate pro Sekunde der innerhalb der Komponenten erzeugten Wärme pro Sekunde. Diese Temperatur kann hoch genug sein, um die Lebensdauer der Komponente erheblich zu verkürzen oder sogar zum Ausfall des Geräts zu führen, sofern keine angemessenen Wärmemanagementmaßnahmen ergriffen werden. Gleiches gilt natürlich auch für einen kompletten Stromkreis oder eine komplette Vorrichtung, in der sich einzelne wärmeerzeugende Komponenten befinden. In diesem Fall überhitzen sich unzureichend thermisch verwaltete Komponenten mit ziemlicher Sicherheit, was sich negativ auf die umgebenden Komponenten auswirkt und zu einer verringerten Lebenserwartung dieser Komponenten oder sogar zu deren vollständigem Ausfall im Betrieb führt.

Eine ungenügende Zuverlässigkeit aufgrund von thermisch induzierten Schaltkreisausfällen kann sich nachteilig auf den Ruf der Marke auswirken. Was ist jedoch, wenn die Anwendung eine „kritische“ Rolle spielt? Solche Anwendungen können ein sicherheitskritisches Gerät umfassen, von dem die Sicherheit in einer kritischen Umgebung arbeitender Personen abhängen kann. Eines, das ohne geeignete Wärmemanagementverfahren einfach nicht funktionieren würde; Ein Gerät mit einem definierten Arbeitstemperaturbereich während des Betriebs oder ein Gerät, das für den Einsatz unter rauen oder extremen Bedingungen ausgelegt ist und unabhängig von diesen Bedingungen zuverlässig arbeiten muss.

 

Silikon oder nicht-Silikon?
Traditionell sind Silikone immer die Option für höhere Temperaturen und bieten im Vergleich zu anderen Chemikalien eine größere Stabilität bei Temperaturen über 150 ° C. In jüngster Zeit verringert sich jedoch die Lücke zwischen der Wärmeleistung von Silikon und einigen Nicht-Silikon-Materialien. Neue Marktteilnehmer ohne Silikon bieten jetzt eine hervorragende Stabilität bei Temperaturen bis zu 180°C.


Silikone bieten nicht nur eine hervorragende Hochtemperaturleistung, sondern auch eine sehr gute Umgebungsstabilität, insbesondere wenn elektronische Geräte bei hoher Luftfeuchtigkeit betrieben werden. Ihre sehr niedrige Viskosität gewährleistet schnelles Fliessen und eine durchgehende Benetzung während des Auftragens und macht sie auch zu einer hervorragenden Wahl für den Auftrag per Sieb- / Schablonendruck.
Silikone haben zwar einige klare thermische Vorteile gegenüber Nicht-Silikon-Technologien, weisen jedoch einige negative Probleme auf, von denen eines ein Phänomen ist, das als „Migration“ bezeichnet wird. Dies tritt auf, wenn flüchtige niedermolekulare Siloxane aus dem Silikon freigesetzt werden, was Probleme in der Umgebung verursacht. In Bezug auf die Elektronik führt die Migration zur Bildung von Siliziumkarbid auf Elektrischen Kontakte, die dann zu Fehlern führt.

The 'new kids' on the block
Wärmeleitpasten stehen bei Wärmemanagementanwendungen an vorderster Front und werden dies voraussichtlich noch einige Jahre bleiben. Sie lassen sich leicht auftragen und nacharbeiten und bieten gleichzeitig eine kostengünstige Alternative zu wärmeleitenden Verbindungsprodukten wie RTVs und Zweikomponenten-Epoxiden.

Thermopasten besitzen mit die niedrigsten auf dem Markt verfügbaren Wärmewiderstandswerte für thermische Grenzflächenanwendungen, aber in den letzten Jahren ist ein neuer Rivale dieser Materialtechnologie aufgetaucht – Phase-Change-Materials. Wie Pasten können auch diese Materialien sehr dünn aufgetragen werden und bieten daher einen außergewöhnlich geringen Wärmewiderstand. Ein Hauptvorteil der Phasenwechseltechnologie sind die stark reduzierten Auswirkungen des Pump-Outs. Dadurch sind Phasenwechselmaterialien eine ausgezeichnete Wahl für Anwendungen, bei denen die Temperaturen stark variieren.

Da das Wärmemanagement in der Elektronik immer mehr eine entscheidende Rolle spielt, ist es wahrscheinlich, dass diese neuen Phase-Change-Materials aufgrund ihrer Stabilität einen überwältigenden Vorsprung in der Wärmemanagementtechnologie einnehmen werden - und da sich diese Technologie schnell entwickelt, wird dieser eher früher als später wirksam.

 

 

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