Auswählen und Anwenden von Wärmeleitmaterialien

Tipps zur Auswahl und Anwendung von wärmeleitenden Materialien

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5 Tipps zur Auswahl und Anwendung von wärmeleitenden Materialien

In diesem Artikel werfen wir einen genaueren Blick auf die Auswahl und Anwendung von wärmeleitenden Materialien oder Thermal Interface Materials (TIM). Die Auswahl der richtigen TIM ist nicht nur anhand eines Produktinformationsblattes möglich. Es ist ein komplexer Prozess, bei dem die Anwendung des Produkts in einer Produktionsumgebung und das Testen des Produkts in der endgültigen Anwendung berücksichtigt werden müssen.


Die Auswahl des richtigen TIM-Typs für eine elektronische Komponente und der vorhergesagten Betriebsbedingungen ist alles andere als einfach. Nach der Auswahl ist es wichtig sicherzustellen, dass das TIM über die erwartete Lebensdauer des Produkts weiterhin zufriedenstellend funktioniert. Um dies zu ermitteln, muss die Leistung des Geräts oder der thermische Widerstand zwischen Gerät und Kühlkörper nach beschleunigter Alterung oder mit Umgebungstests, die reale Bedingungen simulieren, erneut gemessen werden. Nur so können Sie sicher sein, dass die gewählte TIM wirklich geeignet ist.
 

1. Die Bedeutung des Auftragsverfahren
Bei der Auswahl eines Produkts für das Wärmemanagement sollte immer die Aufbringungsmethode in der Produktionsumgebung berücksichtigt werden, da die Dicke und Gleichmäßigkeit eines Wärmegrenzflächenmaterials einen erheblichen Einfluss auf die Wirksamkeit seiner Wärmeleitfähigkeit haben kann. Ein unter Anwendungsbedingungen im Labor getestetes Produkt könnte sich daher nicht wie ein in der Produktion eingesetztes Material verhalten. Aus diesem Grund ist die auf dem Papier am besten geeignete Wahl möglicherweise nicht die beste Wahl, wenn man berücksichtigt, ob sie manuell oder vollautomatisch aufgetragen wird.

2. Thermischer Widerstand von TIM  

Der Wärmewiderstand hängt nicht nur von der Wärmeleitfähigkeit der Masse ab, sondern berücksichtigt auch die Leistungsfähigkeit des Produkts unter den tatsächlichen Einsatzbedingungen, indem er auch die Schichtdicke und den Übergangswiderstand an den beiden Grenzflächen berücksichtigt. Die gängigste Methode zur Bewertung der Leistung eines wärmeleitenden Produkts besteht darin, den Wärmewiderstand zwischen Bauteil und Kühlkörper mit und ohne TIM zu überprüfen. Eine andere häufig verwendete Methode ist die Messung der Betriebstemperatur des Geräts oder Teils mit und ohne das angewendete TIM.


3. Einfluss der Viskosität

Die Anfangsviskosität eines Wärmemanagementmaterials kann die Aufbringungsmethode beeinflussen. Beim Siebdruck beispielsweise steuert die Maschenweite die Dicke der aufgetragenen Paste. Wenn die Paste zu viskos ist, verteilt sie sich nicht richtig auf dem Sieb und die gewünschte Dicke wird möglicherweise nicht erreicht. Ebenso kann sich das Produkt bei Dosieranwendungen bei zu geringer Viskosität zu gut verteilen und in unerwünschte Bereiche fließen.

Während des Gebrauchs zeigt die Art und Weise, wie ein Material auf Scherkräfte reagiert, wie sich das Produkt unter wechselnden Temperaturbedingungen verhält, wie z.B. der sogenannte Pump-Out-Effekt. Die Viskosität nimmt mit zunehmenden Scherkräften ab. Der Schereffekt kann zwischen zwei Oberflächen auftreten, die sich bei Temperaturänderungen aufgrund eines großen Unterschieds im Ausdehnungskoeffizienten verschieden ausdehnen und zusammenziehen. Der sogenannte CTE-Mismatch kann diesen Pump-Out-Effekt verstärken.
 

4. Der Einfluss von Vibrationen auf die Wahl von Wärmeleitmaterialien 

Vibrationen können bei bestimmten Anwendungen ein großes Problem darstellen. Vibrationen bewirken, genau wie der Pump-Out-Effekt, eine physikalische Veränderung und somit kann es zu einer Positionsänderung des TIM kommen. Dies gilt insbesondere in Situationen, in denen es nicht vollständig umschlossen ist und aufgrund von Lufteinschlüssen im Laufe der Zeit zu einer verringerten Wärmeübertragungseffizienz führen kann. Bei Anwendungen zum Füllen von Lücken können die Auswirkungen von Vibrationen viel größer sein, insbesondere wenn das Produkt eine nicht aushärtende Paste oder Mischung ist. Wenn Vibrationstests für die Leiterplatte erforderlich sind, sollten diese Tests mit dem ausgewählten TIM wiederholt werden, um sicherzustellen, dass während der erwarteten Lebensdauer des Geräts keine signifikanten Änderungen beobachtet werden.

 

5. Top 5 Tipps für den Erfolg

Wenn ein Produkt mit Wärmeleitpaste vor der Verwendung nicht getestet wird, kann die endgültige Leistung Ihres Produkts stark von Ihren Erwartungen abweichen. Folgende Punkte sind für ein erfolgreiches Thermomanagement unerlässlich:
 

1. Berücksichtigen Sie alle einflussreichen äußeren Bedingungen – Temperatur, Vibration usw.
2. Bestimmen Sie den idealen Produktionsprozess für die produzierten Mengen.
3. Schauen Sie sich das PCB-Design kritisch an – achten Sie bei TIM-Anwendungen darauf, dass die Schnittstellenlücke nicht zu groß ist.
4. Berücksichtigen Sie die auf der Leiterplatte vorhandenen Materialien; sind empfindliche Materialien vorhanden? Hohe CTE-Werte?
5. Testen, testen, testen! Wählen Sie die am besten geeigneten Produkte entsprechend der erforderlichen Wärmeübertragung und berücksichtigen Sie die oben genannten Punkte. Testen Sie immer unter Endgebrauchsbedingungen oder simulieren Sie diese so genau wie möglich!

 

Dieser Blog wurde von unserem Lieferanten Electrolube geschrieben. Den Originalartikel finden Sie hier.​

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