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Wärmeleitmaterialien: Sieben Tipps zur Auswahl

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Dein Artikel ist in deutscher Sprache geschrieben

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Wärmeleitung

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Wärmeleitung

Hauptthemen des einzigartigen Inhaltes:    

Applikation ✓ thermische ✓ Unebenheiten ✓ Interface ✓ Materials ✓ Wärmeleitfähigkeit ✓ Kühlkörper ✓ Tipps ✓ Wärmeleitmaterialien ✓ Wärme ✓ Wärmeleitung ✓ Bild ✓ Elektronik ✓ Fischer ✓ TIM

Zusammenfassung:    

Thermisches Interface: Verschiedene Arten und Aufbauten von Wärmeleitmaterialien (TIM) können sehr gut mittels einer geeigneten Maschinentechnik nach kundenspezifischen Vorgaben geschnitten oder gestanzt werden. Daraus abgeleitet ist es bei der Auslegung geeigneter Entwärmungskonzepte besonders wichtig, dass Sie Engpässe bzw. Defizite bei den einzelnen Wärmeübergängen so früh wie möglich analysieren und diese wärmetechnisch optimieren. In der Gesamtanwendung können zum Beispiel neben den thermischen Eigenschaften auch die Flächenpressung, Zug- und Druckkräfte in Verbindung mit Lastzyklen, die Materialstärke, Gravitation, Schwingungen, Vibrationen, Fließverhalten, Temperaturen, Masseverluste durch Ausgasungen sowie die Komprimierbarkeit des Materials von Bedeutung sein.

Artikel Inhalt:    

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Einzigartiger Artikel Text: Bewertung der Einzigartigkeit: 96%

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Dabei handelt es sich um thermische Interfaces (TIM). Dabei wird auf die Wärmelabile geachtet. Wichtig sind aber auch die Flächenpressung, Zug- und Druckkräfte, Materialstärke, Fließverhalten, Temperatur, Ausgasungen und die Komprimierbarkeit. Werden zwei unterschiedliche Oberflächen thermisch miteinander verbunden, wie zur Entwärmung eines Transistors auf einem Kühlkörper, beträgt die effektive Kontaktfläche nur 2 bis 5 Prozent. Die restliche Fläche besteht aus Luftpolstern. Luft ist einer der schlechtesten Wärmeleiter überhaupt. Der thermische Pfad beschreibt den Weg der Wärme vom Entstehungspunkt im Bauteil bis zur ausgewählten Entwärmungsmethode inklusive der einzelnen Wärmeübergangswiderstände, welche die Wärme auf ihrem Weg überwinden müssen. Wärmeleitung, auch als Wärme­diffusion oder Konduktion bekannt, wird in der Physik der Wärmefluss in einem Feststoff oder einem ruhenden Fluid infolge eines Temperaturunterschiedes verstanden. Die Wärme fließt dabei immer nur in Richtung der geringeren Temperatur. Engpässe bzw. Defizite bei den einzelnen Wärmeübergängen so früh wie möglich analysieren und diese wärmetechnisch optimieren. Besondere Aufmerksamkeit gebührt hierbei dem Wärmeübergang, genauer gesagt der wärmetechnischen Kontaktierung des elektronischen Bauteils auf dem Entwärmungskonzept. Bei Kühlkörpern, die im Strangpressverfahren extrudiert werden, sind die Oberflächen und Auflageflächen, die als Halbleitermontageflächen fungieren, niemals eben und glatt. Sie weisen zum Teil erhebliche Unebenheiten in Form von Durchbiegungen und starken Rauigkeiten auf. Da das zu entwärmende Bauteil korrekt mit dem Kühlkörper kontaktiert sein muss, besteht Handlungsbedarf. Sie können den Kühlkörper auf der CNC-Maschine planen fräsen bis zu einer Rauigkeit von 20 bis 50 m. Sollte diese Nacharbeit aus wirtschaftlichen Gründen nicht möglich sein, können Sie die Unebenheiten mithilfe von Wärmeleitmaterialien ausgleichen. Darin beschreibt die Länge des Wärmeweges (Dicke des Materials) in [m], Lambda die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials in [W/m K] und A die Querschnitts- bzw. Auflagefläche im [m2]. In vielen Fällen ist es sinnvoller, die Kontaktoberfläche des Entwärmungskonzepts (z. B. den Kühlkörper) zu fräsen, damit Sie ein möglichst dünnes Wärmeleitmaterial verwenden können. Viele Anwender sparen sich die mechanische Nacharbeit und nutzen stattdessen einfach ein dickeres Wärmeleitmaterial. Die schlechtere Wärmeverteilung innerhalb des Kühlkörpers ist deutlich in den Bildern aus der thermischen Simulation zu erkennen. Leider werden die auf dem Markt verfügbaren Wärmeleitmaterialien oftmals nur anhand der Werte für die Wärmelautfähigkeit ausgesucht. In der Gesamtanwendung können zum Beispiel neben den thermischen Eigenschaften auch die Flächenpressung, Zug- und Druckkräfte in Verbindung mit Lastzyklen, die Materialstärke, Schwingungen, Vibrationen, Fließverhalten, Temperaturen, Masseverluste durch Ausgasungen sowie die Komprimierbarkeit des Materials von Bedeutung sein. Bei der TIM-Auswahl sollten Sie sich zunächst mit der Größe des Kontaktspaltes befassen, die für eine thermische Kontaktierung überbrückt werden muss. Liegt dieser Luftspalt beispielsweise in der Größenordnung von ein paar Zehnteln oder gar Millimetern, macht es keinen Sinn, die Rauigkeit mit einer Wärmeleitpaste aufzufüllen. Bei plangefrästen Kontaktflächen wie bei einer Halbleitermontagefläche auf einem Kühlkörper bieten sich Wärmeleitpasten sehr gut an. Die durch die mechanische Materialbearbeitung erzeugten Rautiefen bis max. 50 m füllen Sie mit der Paste auf, wobei Sie stets auf einer homogenen Benetzung der gesamten Kontaktfläche achten müssen. Wärmeleitpasten bestehen aus Silikonölen oder anderen synthetischen Mineralölestern, die oftmals mit elektrisch leitfähigen Metalloxiden, Graphiten- oder auch Keramikpartikeln verfüllt sind. Diese le und Ester verflüchtigen sich mit der Zeit und bei höherer Temperatur. Graphitfolien besitzen eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit in x-, y- und z-Richtung, d. h. parallel und senkrecht in Richtung zur Folienoberfläche. Graphitfolien sind äußerst temperaturstabil und behalten ihre Wärmeleitfähigkeit über die gesamte Lebensdauer. Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit dieser Folien ist zusätzlich eine Schirmwirkung gegenüber elektromagnetischen Störfeldern gegeben. Dabei eignen sie sich gut, um Unebenheiten und mechanische Toleranzen zu kompensieren. Zusätzliche Pluspunkte sind durch einen hohen Temperaturbereich, eine hohe elek­trische Durchschlagsfestigkeit, eine gute chemische Stabilität und eine hohe Alterungsbeständigkeit gegeben. Gel-Wärmeleitfolien (Bild 3) sind die Gap Filler für's Grobe Größere Bauteildifferenzen ab 0,3 mm erfordern den Einsatz von gel-wärmelétfolien, die umgangssprachlich auch als Gap-Filler bezeichnet werden. Sie sind in Materialstärken von 0,5 bis 8 mm verfügbar und bieten daher eine große Bandbreite zum Ausgleich unterschiedlicher Unebenheiten. Gel-Folien sind ebenfalls in silikonhaltiger oder -freier Ausführung verfügbar und je nach Härtegrad und Aufbau bis zu 50 Prozent ihrer Materialstärke komprimierbar. Sie müssen einen definierten Anpressdruck gewährleisten. Jürgen Harpain ist als Entwicklungsleiter tätig bei Fischer Elektronik in Lüdenscheid.
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Quellenangabe:    

https://www.elektronikpraxis.vogel.de/waermeleitmaterialien-sieben-tipps-zur-auswahl-a-1010517/

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