Silikon-Wärmeleitmaterialien in der Fahrzeugelektronik
Thermisch unter Kontrolle
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Thermisch unter Kontrolle
Des Weiteren hat der Gesamtvolumenanteil an Füllstoff in einem Wärmeleitmaterial einen deutlichen Einfluss auf dessen thermische Eigenschaften. Die Füllstoffladung kann mit Hilfe einer Kombination aus Füllstoffpartikelgrößen um bis zu 50 Prozent optimiert werden, was zu einer erheblichen Verbesserung der Leitfähigkeit führt. Aktuelle Studien zeigen, dass eine optimierte Partikelgröße eine tragende Rolle bei der Verarbeitung von Materialien mit geringer Viskosität einnimmt. Wenn Partikel verschiedener Größe miteinander kombiniert werden, kann eine sehr viel geringere Viskosität als mit Suspensionen erreicht werden, die denselben Volumenanteil von Einkorn-Partikeln enthalten.
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Klebestoffe bieten hohe Flexibilität
Wärmeleitfähige Silikon-Kleber bieten Ingenieuren eine hohe Flexibilität bei der Konstruktion, da sie unregelmäßig geformte Spalten und Lücken ausfüllen und große Kontaktbereiche schaffen können. Silikon-Zusammensetzungen sind korrosionsfreie, wärmehärtende Materialien, die bei der Verarbeitung keine nachteiligen Nebenprodukte entwickeln und sich somit auch bei vollständig geschlossener Einhausung als strukturelle Kleber ohne mechanische Befestigungselemente eignen.
Die Produktreihe von Haftmitteln reicht von Materialien mit geringer Viskosität über fließfähige Produkte bis hin zu dicken, standfesten Materialien. Silikone sind in ein- oder zweiteiligen Zusammensetzungen erhältlich, entweder mit wärme- oder feuchtigkeitshärtenden Mechanismen. Aufgrund des engen Oberflächenkontakts von Klebstoffen wird der Schnittstellenwiderstand gesenkt. Fließfähige Materialien können außerdem als wärmeleitfähige Vergussmasse eingesetzt werden.
Viele wärmeleitfähige Silikon-Haftmittel bieten ein weites Verarbeitungsfenster, das eine weite Bandbreite an Härtezuständen und Verarbeitungsgeschwindigkeiten umfasst. Einige sind mit einer Wärmeleitfähigkeit von über 4,0 W/mK erhältlich. Nach der Aushärtung verwandeln sich wärmeleitfähige Silikon-Haftmittel in einen festen, aber flexiblen Elastomer. Diese Materialien eignen sich für die extremen Betriebsbedingungen, etwa im Motorraum, und kommen derzeit in Motorsteuergeräten, Brems- und Federungsreglern sowie in der Lüftungs- und Getriebesteuerung zum Einsatz.
Mechanische Entlastung durch Gel und Vergussmasse
Gele und Vergussmasse (oder Einbettmassen) werden häufig verwendet, um überschüssige Wärme über eine wärmeleitfähige Beschichtung abzuleiten. Sie stellen zudem einen physischen Schutz für Bauelemente und Schaltungen dar. Dabei können ganze bestückte Leiterplatten eingeschlossen werden, um die Wärmeübertragung zu maximieren. Gele sind in der Regel sehr viel weicher als Vergussmasse und sorgen bei thermischer Expansion und mechanischer Spannung für eine zusätzliche Entlastung. Vergussmasse härtet zu einem beständigen Elastomer aus und bieten einen höheren physischen Schutz.
Vergussmasse ist für gewöhnlich als zweiteilige Zusammensetzung erhältlich und härtet bei nahezu jeder Dicke aus. Darüber hinaus bietet sie eine höhere mechanische Festigkeit als Gele und härtet unter Wärmeeinfluss schnell aus. Auch Gele sind in der Regel Zwei-Komponenten-Materialien und stellen für bruchanfällige Komponenten eine gute Möglichkeit zur Spannungsentlastung dar. Sie gleichen problemlos unregelmäßige Oberflächen aus, ohne komprimiert werden zu müssen, und weisen einen äußerst geringen Schnittstellenwiderstand auf.
Pads gleichen Unregelmäßigkeiten aus
Silikone in Pad-Form werden nach ihren Dicken in zwei Gruppen unterteilt: Normale Pads (Dicke 0,2 bis 1 mm) und Gap-Filler (Dicke 1 bis 6 mm). Eine entscheidende Funktion von Wärmeleitmaterialien ist der vollständige Ausgleich sämtlicher Oberflächenunregelmäßigkeiten und das gleichzeitige Ausschließen von Luft, die den Wärmeaustausch behindert. Die Bulk-Wärmeleitfähigkeit eines Materials ist dabei weniger wichtig als die Fähigkeit, zu fließen und das gesamte Trägermaterial zu benetzen.
- Thermisch unter Kontrolle
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- Klebeschichtdicke, Wärme- und Kontaktwiderstand
