Silikon-Wärmeleitmaterialien in der Fahrzeugelektronik
Thermisch unter Kontrolle
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Klebeschichtdicke, Wärme- und Kontaktwiderstand
Silikone unterscheiden sich von organischen Polymeren durch die Stabilität und die Stärke der Silizium-Sauerstoff-Bindung. Die meisten organischen Polymere haben eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung, die mit weniger Energieaufwand getrennt werden kann. Silikone behalten ihre physikalischen Eigenschaften über einen Temperaturbereich von –50 °C bis +200 °C. Sie gehören somit zu den wenigen Materialen, die den extremen Bedingungen im Motorraum standhalten können. Silikon-Wärmeleitmaterialien sind zudem flexibel genug, um Unterschiede von Wärmeausdehnungskoeffizienten aufzunehmen, ohne Spannung auf die Bauteile oder Trägermaterialien zu übertragen.
Die Eignung von Silikon-Wärmeleitmaterialen basiert auf den Faktoren Bulk-Wärmewiderstand, Kontaktwiderstand an den Schnittstellen und Klebeschichtdicke. Materialtechniker legen für die meisten Anwendungen Wert auf eine hohe Bulk-Wärmeleitfähigkeit, eine möglichst geringe Klebschichtdicke (<100 μm), eine hohe Durchschlagfestigkeit, einen geringen Schnittstellenwiderstand und eine langfristige Stabilität der physikalischen Eigenschaften. Eine weitere wichtige Eigenschaft ist die Fähigkeit, einen engen Kontakt mit den Trägermaterialien herzustellen, um Luftspalte zu verhindern und damit die Wärmeübertragung zu verbessern.
Entscheidend für die thermische Leistung ist das Füllstoffmaterial, die winzigen Feststoffteilchen in der Polymer-Matrix, die für die Wärmeübertragung verantwortlich sind. Gewöhnlich fällt die Wahl auf Keramikpulver, wie Aluminium- oder Zinkoxid, da diese zu einem angemessenen Preis und mit guten dielektrischen Eigenschaften erhältlich sind. Auch Metallpartikel wie Silber oder Aluminium kommen häufig zum Einsatz. Die Füllstoffe werden in gleichmäßiger Konzentration in das Polymer eingebracht, um die Handhabung zu erleichtern und die Verarbeitbarkeit sowie eine konstante Wirkung zu gewährleisten. Zu ihren wichtigsten Merkmalen gehören Bulk-Wärmeleitfähigkeit, die Partikelmorphologie (Größe und Form) und das Streuverhalten. In der Tabelle sind die Wärmeleitfähigkeitswerte für mehrere typische Füllstoffmaterialien zusammengefasst.
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