Wärme abführende Materialien und Module Bloß nicht heiß laufen!

Die im Innern eines Elektronikgeräts entstehende Verlustwärme muss mit passiven oder aktiven Kühlkomponenten von allen temperaturempfindlichen Halbleiterbauteilen ferngehalten werden. Aktuelle ­Neuheiten auf diesem Gebiet.

Jeder Elektronikspezialist kennt das leidige Problem: Elektrogeräte erzeugen Abwärme, weil sie nun mal nicht mit 100 % Wirkungsgrad arbeiten. Sehr leistungsfähige Mikroprozessoren zum Beispiel sind perfekte Heizkörper, die ohne eine Kopplung an Flüssigkühlungen massiv überhitzen würden. Die auf Kühlmanagement spezialisierten Hersteller haben sich deshalb zahlreiche Produkte einfallen lassen. Oft reicht es schon, wenn die Abwärme über eine möglichst große Oberfläche verteilt und mit der vorbeiströmenden Umluft abgeführt werden kann. Wenn dies nicht ausreicht, müssen unter Umständen elektronisch geregelte Lüftermodule für den nötigen Luftdurchsatz sorgen. Für die besonderen Fälle sind sogar Flüssigkühlungen erforderlich, bei denen Wasser als Kühlmedium zum Einsatz kommt.

Die nachstehenden Neuheiten zeigen unter anderem, dass in vielen Applikationen bereits einfache und vor allem kostengünstige Lösungen ausreichen, um den Wärmetransport von der Wärmequelle hin zur kühlenden Umgebung sicherzustellen.

Wärmeleitendes Softsilikon

Die Firma Kunze Folien, die nach der Übernahme durch die Aavid Corp. am 1. Oktober 2015 in Aavid Kunze umfirmiert wurde, produziert u.a. Heatpad-Softsilikonfolien - also weiche, durch die Füllung mit wärmeleitenden Keramiken wärmeleitfähige Silikonfolien (Bild 1). Sie sind besonders für Applikationen geeignet, bei denen z.B. durch unterschiedliche Bauelementehöhen oder unterschiedliche Toleranzen und Unebenheiten die Wärme über eine größere Distanz an ein Gehäuse oder einen Kühlkörper abgeführt werden muss.

Dabei kommen alle Vorteile des Basismaterials Silikon, wie Temperatur- und chemische Beständigkeit sowie hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit, zum Tragen. Durch die hohe Komprimierbarkeit werden Wärmequellen und Wärmesenken, die große Unebenheiten und Toleranzen aufweisen, thermisch aneinander gebunden. Gehäuse selbst können somit als Kühlkörper fungieren, wodurch insgesamt Raum in der Applikation eingespart wird.

Durch die sehr gute Formanpassungsfähigkeit des Silikonmaterials werden auch Seitenflächen der Bauteile erfasst, sodass sich die Kontaktfläche vergrößert und die thermische Anbindung weiter verbessert wird. Der aufzubringende Druck ist dabei gering, was Bauelemente, Leiterplatten und Gehäuse vor Beschädigung bewahrt. Ebenso wichtig ist die hohe Elastizität, die zur mechanischen Dämpfung innerhalb der Applikation beiträgt. Wegen ihrer thermischen Eigenschaften eignen sich Softsilikonfolien insbesondere für elektronische Baulemente, die mit Oberflächenmontage-Technik auf PCBs platziert werden.

Gap Filler mit hoher Wärmeleitfähigeit

Bei wärmeleitenden Materialien denkt man nicht automatisch an die Firma Henkel. Wer allerdings weiß, dass der Konzern im September 2014 die Firma Bergquist Company aufgekauft hat, der hat auch die Produkte der Firma Henkel Adhesive Technologies auf seiner Liste. Letztere produziert u.a. ein Wärmeleitmaterial namens Gap Filler 3500LV; dies ist ein flüssiger Spaltfüller mit hoher Wärmeleitfähigkeit und geringem Gehalt an flüchtigen organischen Inhaltsstoffen für ein reduziertes Ausgasen (Bild 2).

Der Gap Filler 3500LV ist ein aus zwei Komponenten bestehendes Produkt, das bei Raumtemperatur aushärtet. Optional kann die Aushärtung durch Wärme beschleunigt werden. Neben einer Wärmeleitfähigkeit von 3,5 W/m×K kann das Produkt auch mit mechanischen Eigenschaften punkten, die ansonsten für Silikon sprechen. Das 3500LV ist nämlich ein weiches Material, das auch vor Stößen und Vibrationen schützt. Vor dem Aushärten wiederum füllt es als Flüssigkeit selbst feine Spalten und Hohlräume aus und stellt sicher, dass sich nach dem Aushärten keine Schrumpfprozesse einstellen und damit wieder Lücken entstünden.

Der extrem ausgasarme Gap Filler eignet sich vor allem für Anwendungen, bei denen das Beschlagen optischer Elemente auf jeden Fall vermieden werden muss - beispielsweise bei Reflektoren bei Fahrzeugscheinwerfern, Stadionbeleuchtung oder Hochleistungs-LEDs.