Wärmeleitfolie Graphit leitet Hitze ab

In der Leistungselektronik steigen die Anforderungen an eine möglichst effiziente und gezielte Wärmeableitung von Leistungsmodulen. Dafür eignet sich zum Beispiel eine Folie aus anisotropem Graphit. Dadurch lassen sich Hot-Spots vermeiden.

Graphit, eine Modifikation des Elements Kohlenstoff, hat eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit sowie bei einem Reinheitsgrad jenseits von 97 Prozent eine Temperaturbeständigkeit bis +450 °C; Hochleistungskohlenstoffe weisen sogar eine Temperaturfestigkeit bis +650 °C auf.

Es eignet sich besser als die meisten anderen Materialien zur Entwärmung von Halbleitern oder Leistungsmodulen, falls keine elektrische Isolation erforderlich ist.

Da Graphitfolien aus kompaktierten Flocken bestehen, ist ihre Wärmeleitung anisotrop:

Sie bewirken eine besonders schnelle Wärmespreizung in XY-Richtung, aber auch eine überaus effiziente Wärmeableitung in Z-Richtung (Bild 1).

Das weiterentwickelte High-Performance-Material »KU-CBMA« von Kunze Folien besteht aus 98 Prozent reinem Graphit und verfügt über eine Dichte von 1,35 g/cm3.

Das Material weist eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit mit etwa 2 W/(m·K) in der Durchgangsrichtung senkrecht zur Kontaktfläche und zirka 140 W/(m·K) in der Flächenrichtung parallel zu den Kontaktflächen auf.

Durch diese hohe Wärmespreizung bilden sich keine Hot-Spots. Die Rückfederung des Materials sorgt für einen schlüssigen Kontakt zum Bauelement, wodurch sich der gesamte Wärmeübergangswiderstand verringert.

Aufgrund der Dichte des Graphites und des geringen Reibbeiwerts entfällt der üblicherweise bei Kohlenstoff unvermeidbare Abrieb.

Einsatzbereiche dieser Schnittstellenmaterialien sind überall dort, wo Wärme von Punktquellen abgeleitet werden muss, zum Beispiel bei der Entwärmung von LEDs, bei PV-Wechselrichtern, TFT-Bildschirmen und Netzgeräten aber auch bei Speichermedien wie beispielsweise Lithium-Ionen Akkumulatoren, bei denen keine elektrische Isolation erforderlich ist.

Die anisotropen Graphitfolien KU-CBMA sind in Dicken mit 0,125 mm und 0,25 mm als kundenspezifische Stanzteile (Bild 2) sowie auf Rolle erhältlich und für Einsatztemperaturen von -250 °C bis +400 °C geeignet.

 

Über den Autor:

Wolfgang Reitberger ist Geschäftsführer bei Kunze Folien.

Graphit und seine Eigenschaften
Graphit ist neben Diamant eine thermodynamisch stabile Modifikation des Kohlenstoffs. Im Graphit formen die sp2-kovalent hexagonal gebundenen Atome hochfest Ebenen, wobei die kovalente Bindung innerhalb der Basalebenen bei Graphit sogar stärker ist als bei Diamant. Untereinander sind diese Ebenen nur locker über Van-der-Waals-Kräfte gebunden. Makroskopisch dominiert die Spaltbarkeit entlang der Planarebenen. Da die Ebenen so dünn sind, tritt ihre außerordentliche Festigkeit bei  Graphit nicht in Erscheinung. Wegen dieser Struktur verhält sich Graphit sehr anisotrop: Entlang der Kristallebenen ist Graphit thermisch und elektrisch sehr leitfähig, die Leitung von Wärme oder Ladungen von Kristallebene zu Kristallebene ist dagegen relativ schlecht.
Quelle: Wikipedia