Steigende Verlustleistungen
Trends beim thermischen Management
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Wärmeleitfähige Klebstoffe
Form-in-Place-Lösungen von Bergquist können Zweikomponenten-Materialien sein, die eine Wärmeleitfähigkeit von 1 W/(m∙K) bis 4 W/(m∙K), ein niedriges Elastizitätsmodul und einen niedrigen Druckverformungsrest (compression set) bieten. Sie eignen sich für Anwendungen, in denen ein Spalt thermisch zu überbrücken ist, oder um Aufbautoleranzen auszugleichen. Die Gap-Filling-Materialien sind elektrisch isolierend und erfüllen daher auch Isolationsanforderungen zwischen einer Leiterkarte und dem angrenzenden Metallgehäuse oder Kühlkörper.
Die Materialien härten bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur aus und dies bei einer recht geringen Ausgasung. Das ausgehärtete Produkt ist trocken und weicht während des Härtens nicht aus der Schnittstelle. Der Gap-Filler »3500S35« bietet ein sehr niedriges Elastizitätsmodul und damit eine hervorragende Anpassung an Bauteile, die äußerst empfindlich gegen mechanische Belastungen sind.
Flüssig formbare Wärmeschnittstellen-Materialien kommen zum Einsatz, wenn eine Materialdosierung, geringe Belastungen oder auch ein Nacharbeiten erforderlich sind. Dies trifft auf Anwendungen mit hoher Leistungsdichte zu, zum Beispiel bei Baugruppen mit Bare-Dies, die an einen Wärmeverteiler kontaktiert werden. »Liqui-Form 2000« von Bergquist erzeugt während der Montage einen sehr geringen Stress an den Komponenten, und mit seiner natürlichen Haftung verbleiben sie nach dem Auftragen an Ort und Stelle. Weder Aushärten noch Mischen noch Kühlen ist erforderlich, was eine einfache Handhabung in der Fertigungslinie garantieren soll.
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Wärmeleitfähige Klebstoffe
In Anwendungen mit einer großen Zahl an Leistungshalbleitern, die an einen Kühlkörper kontaktiert werden, erhöht sich durch wärmeleitfähige Klebstoffe die Fertigungsproduktivität, da aufwendige mechanische Befestigungen eliminiert werden. Das Auftragen eines Einkomponenten-Flüssigsilikonklebers wie »Liqui-Bond SA« kann automatisch mit hoher Geschwindigkeit und recht geringem Arbeitsaufwand erfolgen. Das Material lässt sich auch per Siebdruck aufbringen. Liqui-Bond-SA-Klebstoffe behalten ihre Struktur und Stabilität über einen Temperaturbereich von -60 °C bis +200 °C und in rauen Umgebungen. Hinzu kommt, dass gering-elastische Eigenschaften eine Wärmeausdehnung kompensieren.
Bei Bedarf lassen sich auch wärmeleitfähige Klebebänder wie »Bond-Ply« von Bergquist einsetzen. Der wärmeleitfähige Acrylklebstoff auf beiden Seiten des Bandes ermöglicht das Befestigen von Wärmeverteilern oder Kühlkörpern an Bauteilen oder Leiterplatten, womit sich mechanische Befestigungen erübrigen. Optional lassen sich Glasfaser- oder Polyimid-Verstärkungen einsetzen. Bild 2 zeigt, wie »Bond-Ply 800« mit Glasfaserverstärkung einen Kühlkörper mit Hochleistungs-LEDs verbindet.
Wärmeleitfähige Substrate
In Anwendungen wie Leistungswandlern, Wärmeleitschienen, Antriebssteuerungen und LED-Beleuchtungen kann ein wärmeleitfähiges Substrat die Leistungsdichte erhöhen und die Zahl der Leistungshalbleiter verringern. Auch die Zuverlässigkeit von LEDs erhöht sich damit. Gerade beim Einsatz von LEDs in Modulen oder als Ersatz von Glühlampen empfehlen die LED-Hersteller oft, eine hohe Zahl von Durchkontaktierungen (Vias) im herkömmlichen FR4-Leiterplattenmaterial hinzuzufügen, um die Wärme von den LEDs abzuleiten. Mit einem wärmeleitfähigen Substrat anstelle von FR4 lässt sich ein solch komplexes Leiterplattendesign vermeiden, und der Entwickler kann die Sperrschichttemperatur kontrollieren. Damit erhöht sich die Zuverlässigkeit des Systems, die LED-Lichtausbeute wird
verbessert, was zu einer konstanten Leistungsfähigkeit und einer längeren Betriebsdauer beiträgt.
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