Silikon-Wärmeleitmaterialien in der Fahrzeugelektronik

Thermisch unter Kontrolle

8. April 2009, 8:04 Uhr | Dr. Martin Stephan und Rogier Reinders
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Eine der größten Herausforderungen für Ingenieure ist die Entwicklung kleinerer und leistungsfähigerer Geräte, ohne dabei den optimalen Temperaturbereich der Bauteile und Schaltkreise zu überschreiten. Kleinere Motorräume und die höhere Bauteildichte haben kontinuierlich zu steigenden Temperaturen unter der Motorhaube beigetragen.

Silikon-Wärmeleitmaterialien in der Fahrzeugelektronik

Eine der größten Herausforderungen für Ingenieure ist die Entwicklung kleinerer und leistungsfähigerer Geräte, ohne dabei den optimalen Temperaturbereich der Bauteile und Schaltkreise zu überschreiten. Kleinere Motorräume und die höhere Bauteildichte haben kontinuierlich zu steigenden Temperaturen unter der Motorhaube beigetragen.

Die Wärmeableitung ist wichtig, denn Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Transistoren stehen in direkter Abhängigkeit zur Temperatur an der Kontaktstelle. Ein Rückgang von gerade einmal 10 bis 15 K kann die Lebensdauer etwa verdoppeln. Höhere Betriebstemperaturen führen zu einer längeren Gatterverzögerung. Zudem werden aufgrund des zunehmenden Funktionsumfanges und wachsender Komplexität von Geräten die Leiterbahnen länger, so dass der Leistungsverlust bei hohen Temperaturen stärker ausgeprägt ist. Dazu kommt, dass elektronische Geräte mit mehr Funktionen und einer größeren Leistung mehr Wärme erzeugen als vorangegangene Konstruktionen.

Durch erhöhte Temperaturen können weitere Versagensmechanismen hervorgerufen werden wie beispielsweise Metallwanderung, was insbesondere bei hoher Luftfeuchtigkeit und hohem elektrischen Potential der Fall ist. Aus den Leiterbahnen können Metall-Whisker und Dendriten wachsen und das Kurzschlussrisiko erhöhen. Zusätzlich führen die extremen Temperaturschwankungen im Motorraum zu thermischer Expansion und Kontraktion der Bauelemente, was schlussendlich die Zuverlässigkeit und Lebensdauer beeinträchtigt.

Verschiedene Formen von Wärmeleitmaterialien

Immer häufiger werden Wärmeleitmaterialien zur Ableitung überschüssiger Wärme verwendet. Diese werden zwischen festen Oberflächen eingefügt und agieren als Wärmeleitpfad zwischen verschiedenen Teilen innerhalb eines Gerätes, um die Wärme-Energie an andere Oberflächen oder Medien zu übertragen. Wärmeleitmaterialien wurden zunächst als Quelle thermischen Scheinwiderstands in elektronischen Konstruktionen betrachtet. Heute legen Materialforscher ihren Schwerpunkt jedoch zunehmend auf ihre Wärmeleitfähigkeit.

Die neuen Wärmeleitmaterialien sind in vielfältigen Formen erhältlich. Dazu zählen Kleber, Gele, Vergussmassen, Füllstoffe und vorgefertigte Pads. Die Liste der Anwendungen mit Wärmekontroll-Anforderungen ist lang: Motor- und Antriebsstrangelektronik, Komfortelektronik, Infotainment- und Navigationssysteme sowie Hybridfahrzeugmodule.

Silikone bieten als Wärmeleitmaterial zahlreiche Vorteile: Stabilität bei hohen und niedrigen Temperaturen, einen von Grund auf geringen Ionen-Gehalt sowie eine hohe Reinheit. Darüber hinaus weisen sie eine äußerst niedrige Oberflächenenergie auf, was eine blasenfreie Schnittstelle ermöglicht. Gehärtete Silikon-Materialien verfügen über eine Reihe von physikalischen Eigenschaften, die an spezifische Anforderungen angepasst werden können. Dadurch sie sehr flexibel für verschiedene Verwendungsbereiche. Sie behalten unter denselben Bedingungen ihre physikalischen Eigenschaften langfristig besser als organische Materialien.


  1. Thermisch unter Kontrolle
  2. Thermisch unter Kontrolle
  3. Thermisch unter Kontrolle
  4. Klebeschichtdicke, Wärme- und Kontaktwiderstand