Thermal Interface Material

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1 Thermal Interface Material Materialien zur Isolation und Wärmeleitung Technische Informationen Kapton MT Kapton MT+ Gap-Filler Silikonfolien Metallfolien

2 Wärmeleitfolien für coole Elektronik Durch das Fließen von großen elektrischen Strömen entsteht Verlustwärme. Eine Faustregel besagt, dass eine Temperaturerhöhung von 10 C die mittlere Lebensdauer eines Bauteiles halbiert! Ziel des Thermal Managements ist es, eine effektive Wärmeableitung der Verlustwärme vom Halbleitermaterial an die Umgebung zu gewährleisten. Somit wird die Lebensdauer Ihrer Geräte oder Bauteile verlängert. Die CMC Klebetechnik bietet eine umfangreiche Palette wärmeleitender Elektroisolationsfolien an, die gleichzeitig als galvanische Isolation in der Leistungselektronik wirken. Silikonfolien und sogenannte Gap-Filler sind elastisch und gleichen Unebenheiten der Oberfläche gut aus. Dadurch wird der Wärmeübergang von einer Fläche auf die nächste drastisch verbessert. Die Silikonfolien sind in verschiedenen Stärken, in einem weiten Härtebereich und mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit erhältlich. Dadurch ist eine Anpassung an die jeweilige Einbausituation wie z.b. an den Anpressdurck oder an die zu überbrückende Distanz möglich.. Besonders für die thermischen Anbindungen von ganzen Platinen und sehr unebenen Oberflächen eignen sich Gap-Filler. Diese Lücken-Füller überbrücken Spalten und fließen hervorragend in die Lücken zwischen den Bauteilen. Auf diese Weise erreicht man eine wesentlich größere, wärmeleitfähige Kontaktfläche als bei der Verwendung von starren Materialien. Alle Silikonfolien und Gap-Filler verfügen über eine gute elektrische Isolationsfähigkeit und sind durch Glasgewebeeinlagen mechanisch verstärkt (Ausnahme: manche besonders weichen Gap-Filler). Kapton MT und Kapton MT+ sind gefüllte Polyimidfolien. Sie haben bei geringer Stärke eine hervorragende Spannungsfestigkeit und widerstehen hohen Temperaturen. Die Folien sind elastisch und unempfindlich gegenüber punktuellen Belastungen. Metall- und Graphitfolien sind elektrisch und thermisch leitend. Graphitfolien haben eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit. Kupfer- oder Aluminiumfolien werden als Wärmespreizer verwendet. Sie verteilen die punktuelle Wärmeentwicklung eines Hotspots auf eine größere Fläche. Wärmewiderstand, Wärmeimpedanz und spezifischer Wärmeleitwert K / W = d / (A * (W/(m*K))) => K / W = d * ((m*k)/ W) / A Thermischer Widerstand = Stärke/(Fläche * spezifische Wärmeleitfähigkeit) Spezifisch. Wärmeleitfähigkeit = W/m*K W = Watt K = Kelvin A = Fläche in m 2 m = Meter d = Dicke in m ALS FAUSTFORMEL: doppelte Materialstärke bei gleicher spez. Wärmeleitfähigkeit bedeutet die halbe Menge an Wärmetransport. ODER: bei gleicher Menge Wärme, die transportiert werden soll, muss ein doppelt so starkes Material auch eine doppelt so gute spezifische Wärmeleitfähigkeit haben! Vorteil für dünne Folie wie Kapton MT+, selbst wenn der spez. Wärmeleitwert nur knapp 1 W/m*K beträgt.

3 Gap-Filler Überbrückung großer Spalten Eigenschaften Weiche, relativ dicke Folien, passen sich an strukturierte Oberflächen an Dadurch wird der Wärmeübergangswiderstand reduziert Einfache Vormontage durch natürliche Selbsthaftung Wirken Vibrationsdämpfend Gleichen unterschiedliche Wärmekoeffizienten aus Einsatz Thermische Anbindung von LED-Leuchten Mobile elektronische Geräte Telekommunikationsanlagen Medizintechnik Für Transformatoren zur besseren Entwärmung Automotive Steueranwendungen Ausführungen Stärken von 0,5 bis 10 mm Wärmeleitfähigkeit bis 14 W/m*K Einseitig oder beidseitig haftend Thermisch leitfähige Silikonfolien Flexible Wärmebrücken Eigenschaften Exzellenter thermischer Übergang Gute Anpassung an die Kontaktflächen unter Druck Elektrisch isolierend Hohe mechanische Stabilität Extrem hohe alterungs- und chemische Beständigkeit Kein Ausbluten von Silikonen Ausführungen Stärken von 0,08 bis 1 mm Wärmeleitfähigkeit bis 6 W/m*K Mit Glasfaserverstärkung Einseitig oder beidseitig klebend CMC Type CMC Type Thermische Leitfähigkeit in W/m*K 2,4 5,5 5,5 2,4 Thermische Leitfähigkeit in W/m*K 3,0 4,1 2,5 Durchschlagsspannung in kv >4 >10 >10 >4 Durchschlagsspannung in kv >6 >3 >2 + Kapton MT und Kapton MT+ Thermisch leitfähige Isolierfolien Eigenschaften Hohe mechanische Stabilität Auch unter Druck formstabil Hohe Spannungsfestigkeit trotz geringer Stärke Silikonfrei Einfache Handhabung durch Kleberausrüstung Einsatz Stromversorgung und Wechselrichtern Motorsteuerung im Automotivebereich Telekommunikationsanwendungen Ladegeräte Frequenzumrichter Ausführungen Stärken von 0,025 bis 0,125 mm Wärmeleitfähigkeit bis 0,75 W/m*K Einseitig oder beidseitig klebend Mit wärmeleitfähiger Phase-Change-Beschichtung Mit wärmeleitendem Acrylat- oder hochtemperatur - beständigem Polysiloxankleber CMC Type Thermische Leitfähigkeit in W/m*K 0,37 0,37 0,75 0,85 Durchschlagsspannung in kv >7 >9 >6,5 >4,6

4 Wählen Sie das richtige Material für das Heatmanagement Ihrer Elektronik! Moderne elektronische Geräte konzentrieren immer mehr Leistung in immer weniger Raum. Die Bedeutung eines effizienten Wärmemanagement wird dadurch immer größer. Um die entstehende Verlustwärme abzuführen, müssen daher immer bessere und an die Erfordernisse angepasste Materialien eingesetzt werden. Die Wahl des richtigen wärmeleitenden Materials ist abhängig von dem Einsatzort und dem erwünschten Effekt. Die folgenden Informationen zeigen die VOR- und NACHTEILE einzelner Produktgruppen auf und helfen die richtige Wahl zu treffen. Wärmeleitende Klebebänder Gute Klebkraft Fertigung als Stanzteil oder Rollenmaterial Ideal für die Vormontage Geringes Gewicht und sehr dünn Gute elektrische Isolation (z.b. Kapton ) Mittlere Wärmeleitfähigkeit Haftkraft bei Scherkräften ggf. nicht ausreichend Nur geringe Klebkraft, benötigt zusätzliche mechanische Befestigung Kann nicht wie Wärmeleitpaste mehrmals eingesetzt werden (Reparatur) Thermisch leitfähige Klebebänder verbinden Wärme abgebende Bauteile mit dem Kühlkörper. Acrylat- oder Silikonkleber können auf ein Trägermaterial aufgebracht werden, z. B. Kapton MT. Phase Change Produkte Phase Change Produkte kombinieren die Eigenschaften von Wärmeleitpaste mit dem einfachen Handling von wärmeleitenden Pads. Eine Beschichtung aus Wachs, das bei Raumtemperatur fest ist, schmilzt im Betrieb oberhalb von C auf. Dadurch werden die Lufteinschlüsse zwischen den Oberflächen ausgefüllt und der Wärmedurchgang erheblich verbessert. Fertigung als Stanzteil oder Rollenmaterial Funktioniert wie Wärmeleitpaste, ist aber deutlich besser zu dosieren Saubere und einfache Handhabung Hohe Wärmeleitfähigkeit Thermisch leitfähige Vergussmassen und Wärmeleitpaste Wärmeleitpasten sind meist Silikon-basierende zähflüssige Massen mit einem keramischen Füllstoff (Filler). Sie sind bereits sehr lange im Gebrauch und bieten eine gute Reduktion des Wärmeübergangswiderstandes. Hohe thermische Leitfähigkeit Passt sich sehr gut an Oberflächenrauigkeit an Kann nach Reparatur erneut verwendet werden Günstig, erprobt Korrekte Dosierung schwierig Gefahr der Kontamination Mechanische Befestigung der Bauteile notwendig Keine elektrische Isolation (Wärmeleitpaste) Thermisch leitende Pads, Gap-Filler, Silikonkautschuk-Pads Kombiniert die Vorteile von Wärmeleitpaste und Isolationsmaterial (z. B. klassisch Glimmer). Häufig verwendet wird Silikonkautschuk mit keramischen Füllstoffen. Die weichen Oberflächen passen sich gut an Unebenheiten an und überbrücken Spalten. Können als Stanzteile kundenspezifisch gefertigt werden Saubere und einfache Handhabung Problemlose Montage Gute Wärmeleitfähigkeit Gute Spannungsfestigkeit Überbrücken Distanzen Um eine gute Wärmeleitung zu erreichen müssen die Pads erheblich verpresst werden Bei guter Wärmeleitfähigkeit und größerer Dicke teure Lösung

5 Wärmetransport als Funktion von Wärmeleitfähigkeit und Materialstärke Es besteht ein direkter, linearer Zusammenhang zwischen der Materialstärke und dem Wärmestrom, der durch das Material hindurch transportiert werden kann. Faustregel: Will man durch ein Material doppelter Stärke die gleiche Wärmemenge transportieren, muss die Wärmeleitfähigkeit ebenfalls verdoppelt werden. Vorteil also für KAPTON MT+: sehr gute Wärmeleitfähigkeit bei geringer Materialstärke und sehr guter Spannungsfestigkeit Wichtig dabei: diese Aussage bezieht sich nur auf den Transport innerhalb des homogenen Materials der Wärmeübergangswiderstand ist dabei nicht berücksichtigt. Wie wird Wärmeleitfähigkeit gemessen? Nach der ASTM D5470 wird die Wärmeleitfähigkeit eines Testmaterials wie folgt bestimmt: Ein beheizter Metallblock liefert die Wärmequelle. Getrennt durch das wärmeleitenden Material befindet sich darunter ein weiterer Metallblock, der als Wärmesenke (ggf. gekühlt) dient. Dicht über und unter dem wärmeleitenden Material sind Temperatursensoren angebracht. Nachdem sich ein stabiler Wärmestrom eingestellt hat, wird die Temperaturdifferenz ermittelt, die durch das Testmaterial erzeugt wird. Daraus errechnet sich die Wärmeleitfähigkeit. Vorteil dieser Methode gegenüber der Laserflash-Methode: auch die Rauigkeiten an der Oberfläche des Materials werden mit gemessen. Denn in der realen Einbausituation werden auch immer die Übergangswiderstände an den Schnittstellen der einzelnen Materialien eine Rolle spielen. Wärmeleitung ist nicht nur eine Frage der verwendeten Materialien Wärmequelle TIM Wärmesenke Übergangswiderstand Übergangswiderstand Der Wärmeübergang z.b. von dem Gehäuse eines Leistungs- Transistors auf einen Aluminium-Kühlkörper kann recht schlecht ausfallen. Oberflächen-Rauigkeiten reduzieren die direkte Kontaktfläche, die für die Wärmeleitung notwen dig ist, um etwa 20-40%. Durch die Verwendung von z.b. Wärmeleitwachsen (PCM, Phase Change Material) kann man diesen Nachteil vermeiden. Das bei Raumtemperatur feste Wachs schmilzt bei der ersten Inbetriebnahme auf und füllt die Kavitäten aus. Der Wärmestrom kann ohne Unterbrechungen durch Lufteinschlüsse fliessen. Die Lösung: Reduktion des Wärmeübergangs-Widerstands durch wärmeleitfähige Beschichtungen! Haben Sie noch Fragen? Dann kontaktieren Sie uns unter (06233) Oder auch gerne per Mail an

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