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Übersicht Wärmemanagement

Hohe Temperaturen verkürzen die Produktlebensdauer

21. Juli 2014, 15:02 Uhr | Von Alfred Goldbacher

Bild 1. Die Produkte der Loctite-TAF-Serie senken die Prozessor- und Gehäusetemperatur wirksam um mehr als 3 K.

Elektronikbauteile reagieren empfindlich auf zu hohe Betriebstemperaturen, und so ist es wichtig, die im Gerät herrschenden Betriebstemperaturen zu kennen und entsprechend zu reagieren. Jeder Einsatzfall ist indes verschieden, und so gibt es am Markt eine Vielzahl an wärmeabführenden Produkten.

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Wer für Leistungselektronik-Applikationen geeignete Lösungen entwickelt, muss nicht nur die dafür geeigneten Bauteile und Platinen auswählen, sondern auch Maßnahmen vorsehen, wie die als Verluste entstehenden Wärmemengen vom Ort des Geschehens wegtransportiert werden können. Hohe Betriebstemperaturen verkürzen die Lebensdauer der Elektronikgeräte und -anlagen, und dadurch auftretende Geräte-Ausfälle sind nicht nur für den Betreiber der Anlagen ein Kostenfaktor.

Wenn man davon ausgeht, dass ein Intel Core i7 bis zu 130 W Verlustleistung in Abwärme umwandelt, so kann man sich gut vorstellen, welche Wärmemengen in einem Steuerschrank mit zahlreichen Baugruppen anfallen. Je zielgerichteter die Abwärme vom jeweiligen Elektronikbauteil abgeführt werden kann, desto leichter lassen sich Kühlmaßnahmen realisieren. Die effektive Wärmeabfuhr beginnt also schon am Übergang von der Bauteiloberfläche hin zum Kühlkörper oder zur Kontaktfläche der Platine.

Handfeste Verbindung nach vier Minuten

Der Lüfterhersteller SEPA (www.sepa-europe.com) beispielsweise führt mit Hernon 746 einen wärmeleitfähigen Kleber im Zubehörprogramm, der zusammen mit dem Aktivator EF37173 eine handfeste Verbindung bereits nach vier Minuten erzeugt. Für die Verbindung von Bauteilen und Komponenten ist dabei kein Mischen von Kleber und Aktivator erforderlich. Es genügt das Aufbringen einer kleinen Menge des Klebers auf einer der zu verklebenden Flächen und das Einstreichen der anderen Klebfläche mit dem Aktivator. Ihre vollständige Aushärtung erreicht die Verbindung, deren Korrektur innerhalb von 15 bis 30 s möglich ist, innerhalb von 24 h bei Raumtemperatur. Der Zweikomponentenkleber befestigt Kühlkörper auf Komponenten und Bauteilen, beispielsweise auf Transformatoren, Transistoren, Mikroprozessoren und anderen wärmeabgebenden Komponenten wie LED-Chips.

Die thermische Leitfähigkeit der Verbindung liegt bei >0,76 W/(m × K), welche selbst bei einer dauerhaften Anwendung bei Betriebstemperaturen zwischen –55 und +150 °C erhalten bleibt. Auch die technischen Eigenschaften wie die Scherfestigkeit von 5,5 N/mm², die Zugfestigkeit von 15,2 N/mm² und der Wärmeausdehnungskoeffizient von 110 ppm/K bleiben bestehen.

Alternative: Wärmeleitfolien

Handheld-Geräte sind ein besonderes Betätigungsfeld für Wärmemanagement-Spezialisten. Die Außentemperatur dieser handlichen Geräte darf keinesfalls Schwellwerte übersteigen, die der Anwender als unangenehm empfinden würde. Die meisten Hersteller streben deshalb eine Temperatur der Geräte-Außenseite von maximal 40 °C an, wobei diese Temperatur vor allem von der durch den Prozessor abgegebenen Wärme abhängt. Konventionelle Wärmeableiter-Lösungen wie Hitzeverteiler, Kühlkörper und Graphitfolien sind angesichts immer dünnerer Produktdimensionen häufig zu groß, zu dick oder brüchig.

Die Henkel AG (www.henkel.de) hat daher eine Serie neuartiger Wärmeleitfolien entwickelt: Die Produkte der TAF-Serie von Loctite (Bild 1) senken die Prozessor- und Gehäusetemperatur wirksam um mehr als 3 Kelvin. Die zum Patent angemeldeten Materialien wirken isolierend sowie absorbierend und verteilen die vom Chip ausgehende Wärme. Die Folien sind nach den spezifischen Anwendungsanforderungen in maßgeschneiderten, vorgestanzten Größen erhältlich. Die Folie ist so vielseitig, dass Schichtstärke und -aufbau angepasst werden können, um sowohl dünnere als auch dickere Lösungen mit mehreren Achsen und die Ausrichtung unter und/oder über Komponenten zu ermöglichen. Weil die Materialien biegbar sind, bieten sie vor allem auf engem Raum eine flexiblere Lösung als herkömmliche Wärmeableitmaterialien, die häufig brüchig sind.