Eine Fetttube mit der Aufschrift “Hochtemperatur” wirkt zunächst beruhigend. Dann öffnen Sie das Datenblatt und finden drei verschiedene Temperaturangaben. Gleichzeitig liegt das zu kühlende Leistungsmodul an einer leicht verzogenen Aluminiumplatte an. Welches Produkt gehört also in diese Kontaktstelle?
Zunächst eine kleine, aber wichtige Unterscheidung. In diesem Leitfaden geht es um Wärmeleitpaste für die elektronische Wärmeübertragung. Lagerfett schmiert bewegliche Teile. Kupfer- oder keramische Anti-Seize-Paste erleichtert das Lösen von Gewindeteilen aus Metall nach Hitzeeinwirkung. Beides ist kein direkter Ersatz für eine geprüfte thermische Schnittstelle zwischen einem Halbleiter und einem Kühlkörper. Dasselbe Wort, aber eine völlig andere Aufgabe.
Die sinnvolle Auswahl beginnt an der Verbindungsstelle: Wie heiß wird sie, wie dünn lässt sie sich schließen, was befindet sich in der Nähe und was geschieht nach Hunderten von Warm- und Kaltzyklen? Gehen wir das so durch, wie es ein Ingenieur am Prüfplatz tun würde – mit geöffnetem Datenblatt und der Hardware vor Augen.
Messen Sie vor der Auswahl eines Hochtemperaturfetts die Wärmebelastung, der es ausgesetzt sein wird
“Hohe Temperatur” hat keine allgemeingültige Untergrenze. Die Sperrschicht eines Prozessors, das Gehäuse eines Leistungsmoduls, dessen Grundplatte und der darunterliegende Wärmeleitpastenfilm haben nicht alle dieselbe Temperatur. Wenn die Sperrschicht eines Chips 150°C erreicht, bedeutet das nicht nicht, dass an der gesamten Grenzfläche 150°C anliegen. Sie benötigen eine Messung oder ein validiertes thermisches Modell für die Oberflächen, die das Material tatsächlich berühren.
Betrachten Sie außerdem den gesamten Lastzyklus. Läuft das Gerät den ganzen Tag nahe seiner oberen Temperaturgrenze? Wird es fünf Minuten lang heiß und kühlt anschließend wieder ab? Ist es mit einem Fabrikantrieb verschraubt, der in jeder Schicht zyklisch betrieben wird, oder mit einem Außenfunkgerät, das sich in der Sonne erwärmt, bevor die Elektronik eingeschaltet wird? Diese Bedingungen können eine Verguss- oder Wärmeleitmasse auf unterschiedliche Weise altern lassen.
Spitzen-, Dauerbetriebs- und Lagergrenzwerte sind unterschiedliche Zusagen
Ein technisches Datenblatt kann einen empfohlenen Bereich für den Dauerbetrieb, einen kurzzeitigen Spitzenwert und einen separaten Lagerbereich angeben. Lesen Sie die Definitionen, die Dauer und das Prüfverfahren. Eine 200°C-Bewertung für kurzzeitige Überschreitungen berechtigt nicht zu jahrelangem Dauerbetrieb bei 200°C. Und ein ansprechend wirkender Temperaturbereich sagt wenig darüber aus, ob die Wärmeleitpaste nach Temperaturzyklen im aktiven Bereich bleibt.
Halten Sie für die Auswahlunterlage die höchste Schnittstelle Temperatur während des Normalbetriebs, den plausiblen kurzfristigen Temperaturausreißer, die Kaltstartbedingung und die Zyklushäufigkeit fest. Vermerken Sie außerdem die erwartete Lebensdauer. Diese vier Angaben sind weitaus hilfreicher, als einem Lieferanten zu sagen: “Wir brauchen das heißeste Schmierfett, das Sie haben.”
HAKTAKs bestehender Leitfaden zu Wärmeleitpaste in der Hochtemperaturelektronik untersucht die Alterungsmechanismen eingehend. Hier verwenden wir diese Informationen, um zwischen Produkttypen zu wählen.
Welche Art von Zwischenraum möchten Sie ausfüllen?
Wärmeleitpaste eignet sich am besten für eine dünne, einigermaßen ebene, mechanisch verspannte Verbindung. Sie benetzt die mikroskopisch kleinen Vertiefungen, die zwischen zwei scheinbar glatten Oberflächen dennoch vorhanden sind. Ohne diese Benetzung sorgen winzige Lufteinschlüsse dafür, dass der Wärmeübergang vom heißen Bauteil zum kühleren weniger effektiv ist. Wärmeleitpaste füllt eine sehr dünne Schicht zwischen zwei Flächen, sie dient nicht als Polster für einen sichtbaren Spalt.
Ermitteln Sie die Kontaktfläche, Ebenheit, Oberflächenbeschaffenheit und Anordnung der Spannmittel. Wie viel Druck wirkt nach dem Anziehen der Schrauben im Zentrum? Hält eine Feder diese Anpresskraft aufrecht, wenn sich das Metall ausdehnt? Kann sich der Kühler bei Erwärmung durchbiegen? Ein Produkt, das zwischen polierten Laborblöcken hervorragende Ergebnisse zeigt, kann sich unter einem großen, leicht verwundenen Wechselrichtermodul deutlich anders verhalten.
Hier ist eine erste Produktübersicht. Sie ist ein Sichtungswerkzeug, keine Sammlung universell gültiger Leistungsangaben.
| Ihre Baugruppe sieht so aus | Erste zu bewertende Produktfamilie | Vor der Auswahl prüfen |
|---|---|---|
| Dünne, flache, geklemmte Modul-Kühler-Verbindung; leicht zu reinigen und nachzuarbeiten | Wärmeleitpaste mit geringem Wärmewiderstand | Klebschicht im eingebauten Zustand, thermischer Widerstand unter realem Druck, Pump-out nach Zyklen |
| Dünne Fügezone nahe optischen Bauteilen, Relais, Kontakten oder Beschichtungsprozessen | Silikonfreie Wärmeleitpaste | Rückstände, Ausbluten, Ausgasen, Verträglichkeit, thermischer Widerstand nach Alterung |
| Dünne Fuge, aber eine saubere, vorgeformte Platzierung ist von Vorteil | Phasenwechsel-Wärmeleitmaterial | Aktivierungsbedingungen, Enddicke, anhaltende Klemmung, Nacharbeit |
| Größerer oder stark variabler Abstand zwischen Komponenten und Deckel | Wärmeleitpad, Kitt oder flüssiger Spaltfüller | Maximaler und minimaler Spalt, Schließkraft, Dosierkontrolle |
| Die Bauteile müssen sowohl verklebt als auch gekühlt werden | Qualifizierter wärmeleitfähiger Klebstoff | Anforderungen an Aushärtung, Haftung, Dehnung, Entfernung und elektrische Eigenschaften |
HAKTAKs Wärmeleitpasten-Familie ist der natürliche Ausgangspunkt für die ersten beiden Zeilen. Beachten Sie, dass die Übersicht die Produkte nicht nach dem größten W/m·K-Wert einstuft. Sie stellt die Frage, ob das Produkt die richtige Verbindung herstellen und halten kann.
Silikon oder silikonfrei: für das gesamte Gerät auswählen
Wärmeleitfette auf Silikonbasis sind weit verbreitet, da eine gut ausgelegte Formulierung Oberflächen benetzen und einen nutzbaren Temperaturbereich abdecken kann. “Silikon” bezeichnet jedoch eine Chemiefamilie und ist keine Garantie für eine bestimmte Lebensdauer. Träger, Füllstoff, Viskosität, Ausblutverhalten und Prüfergebnisse beziehen sich auf die tatsächliche Type. Fragen Sie nach diesen Angaben, statt sich allein auf die Bezeichnung der Chemie zu verlassen.
A Wärmeleitfett mit geringem Wärmewiderstand ist eine Überlegung wert, wenn ein Leistungsmodul, Prozessor oder LED-Board unter kontrollierter Last auf einer ausreichend ebenen Kühlfläche montiert wird. Streben Sie eine vollständige, aber dünne Schicht an. Bei zu wenig Material können trockene Stellen zurückbleiben. Zu viel Material kann die Schichtdicke erhöhen oder an den Rändern austreten. Ähnlich wie beim Aufstreichen von Marmelade auf Toast: Entscheidend ist eine durchgehende Abdeckung, kein großer Klecks in der Mitte.
Wann silikonfreie Produkte in die engere Auswahl gehören
Ein optisches Modul, Relais, freiliegender Kontakt, eine Schutzbeschichtung oder ein nachgelagerter Klebeschritt kann empfindlich auf eine Kontamination durch Silikon reagieren. Bei solchen Konstruktionen sollten Sie ein silikonfreier Thermodichtstoff mit der Silikonoption. Prüfen Sie die tatsächlichen Anforderungen an die Sauberkeit. “Silikonfrei” bedeutet nicht “kein Ausbluten” oder “für Vakuumanwendungen qualifiziert”; dadurch wird lediglich ein chemisches Risiko ausgeschlossen, während für alles Weitere weiterhin Nachweise erforderlich sind.
Die Wärmeleitpaste kann Keramikpartikel wie Aluminiumoxid oder Bornitrid in einem Polymer- oder Flüssigkeitsträger enthalten. Auch andere wärmeleitfähige Füllstoffe sind möglich. Der Füllstoff unterstützt den Wärmetransport, verändert aber auch die Rheologie, die Sedimentationsneigung, das elektrische Verhalten und den erforderlichen Druck, um eine dünne Bondline auszubilden. Gehen Sie nicht davon aus, dass eine weiß eingefärbte, keramisch gefüllte Paste automatisch als elektrische Isolationsbarriere freigegeben ist. Die Farbe ist kein verlässliches Spezifikationsmerkmal.
Manchmal ist keine der beiden Pastenfamilien die beste Lösung. Wenn eine saubere Verarbeitung an einer schnellen Produktionslinie wichtiger ist als die Anwendung per Spritze, sollte eine Phasenwechsel-Folie getestet werden. Wenn der Deckel einen Millimeter über mehreren unebenen Bauteilen sitzt, ist ein Gap-Filler wahrscheinlich die sachgerechtere Lösung. Nach der Prüfung der Leistungsdaten kommen wir auf diese Alternativen zurück.
Vergleichen Sie die fertige Verbindung – nicht nur den W/m·K-Wert
Die Wärmeleitfähigkeit, gewöhnlich in W/m·K angegeben, beschreibt den Wärmestrom durch das Material unter den festgelegten Prüfbedingungen. Für die Baugruppe ist die gesamte Grenzfläche entscheidend. Dazu gehören die resultierende Bondline, der Kontakt an beiden Oberflächen, die Druckverteilung und alle unbedeckten Stellen.
Eine einfache Beziehung hilft, den Zielkonflikt zu veranschaulichen: R = t/(k × A) für Wärme, die geradlinig durch eine homogene Schicht übertragen wird. Dabei t ist die Dicke, k ist die Wärmeleitfähigkeit, und A ist die Fläche. Wird die Dicke bei ansonsten unveränderten Bedingungen verdoppelt, verdoppelt sich auch dieser idealisierte Wärmeleitungsanteil. Reale Verbindungen bringen zusätzlichen Kontakt- und Spreizwiderstand mit sich. Daher dient dies als Vergleichshilfe und ist keine Vorhersage Ihrer Modultemperatur.
Nehmen wir zwei hypothetische Kandidaten. Produkt A weist eine höhere angegebene Wärmeleitfähigkeit auf, bildet unter Ihrem Klemmdruck jedoch einen dickeren Film. Produkt B weist eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit aus, benetzt die Oberflächen jedoch und schließt dünner ab. B kann eine bessere installierte Verbindung liefern. Anhand der Kennzeichnungen allein können Sie keine Entscheidung treffen. HAKTAK erläutert den Unterschied in seinem Leitfaden zum Vergleich von Wärmeleitfähigkeit und thermischer Impedanz.
ASTM D5470 beschreibt ein Prüfverfahren für die thermische Impedanz und die scheinbare Wärmeleitfähigkeit wärmeleitfähiger elektrischer Isolierstoffe, einschließlich flüssiger Compounds. Fragen Sie den Lieferanten, bei welcher Schichtdicke, welchem Druck, welchen Oberflächen und welchen Konditionierungsbedingungen der angegebene Wert ermittelt wurde. Vergleichen Sie anschließend die Kandidatenwerkstoffe unter vergleichbaren Bedingungen, die Ihrem Anwendungsfall möglichst nahekommen. Eine Prüfung bei hohem Druck an einer kleinen Probe ist keine direkte Zusage für eine großflächige Platte, die von vier Schrauben gehalten wird.
Die Auftragsmethode verändert das Ergebnis
Manuelles Verteilen, das Auftragen per Spritze, Schablonendruck und ein automatischer Dosierer können unterschiedliche Materialaufträge hinterlassen. Legen Sie fest, wohin das Material gelangt, wie viel aufgetragen wird und wie der Kühler schließt. Erproben Sie den Prozess an der tatsächlichen Hardware, öffnen Sie einige Opfereinheiten zur Überprüfung der Abdeckung und messen Sie die Bauteiltemperatur an ungeöffneten Einheiten. Das Öffnen der Fügefläche zur Inspektion verändert die Fügefläche. Ärgerlich, ja, aber wichtig.
Achten Sie im vorgesehenen Gebinde auf die Viskosität und das Verhalten des Füllstoffs. Eine Paste, die sich problemlos aus einer kurzen Handspritze auftragen lässt, kann durch einen langen Schlauch oder eine enge Düse schwierig zu dosieren sein. Erfassen Sie Auftragsmasse, Dosiertemperatur, sofern geregelt, Düsengeometrie, Anzugsreihenfolge und den zulässigen Quetschaustritt. Diese Details machen aus einem vielversprechenden Versuchsergebnis etwas, das die Produktionslinie wiederholbar umsetzen kann.
Hohe Temperaturen sind nur die halbe Zuverlässigkeitsgeschichte
Durch wiederholtes Aufheizen und Abkühlen bewegen sich das Modul, die Platte, die Befestigungselemente und das Wärmeleitfett unterschiedlich stark. Diese Abweichung kann das Material zu einer Kante hin verdrängen. Beim Abkühlen kehrt es möglicherweise nicht zurück. Ingenieure nennen den allmählichen Verlust der Abdeckung der aktiven Fläche Abpumpen. Lesen Sie den ausführlicheren Leitfaden zu Pump-out-Ausfällen wenn die Hardware starken Temperaturschwankungen oder einer großen Grenzfläche ausgesetzt ist.
Eine Haltezeit bei hohen Temperaturen kann ein anderes Problem verursachen. Je nach Formulierung und Bedingungen kann sich die Trägerflüssigkeit absondern, verlagern oder langsam entweichen. Das verbleibende Material kann aushärten oder seine Benetzungseigenschaften verlieren. Auch benachbarte Kontakte oder optische Komponenten können empfindlich auf Rückstände reagieren. Eine kurze Liste von Chemikalienbezeichnungen ist kein Beweis dafür, dass ein Schmierfett diese Probleme über eine bestimmte Lebensdauer hinweg vermeidet.
| Was Sie beobachten | Mögliche Ursache | Was zu überprüfen ist |
|---|---|---|
| Temperatur am ersten Tag zu hoch | Zu dicke Schicht, schlechter Kontakt, unzureichender Kühlkörper oder fehlende Abdeckung | Schichtdicke der Fügezone, Anpresskraft, Kontaktfläche, Wärmeweg vom Kühlkörper zur Luft |
| Die Temperatur steigt nach dem Radfahren | Pump-out, Druckänderung oder Ablösung der Grenzfläche | Thermische Messungen vor und nachher sowie Bilder der Demontage |
| Öliger Ring außerhalb der Kontaktfläche | Austreten oder überschüssiger Auftrag | Masse/Aussehen nach der Heißhaltephase und Verunreinigung in der Nähe |
| Paste wird steif oder fleckig | Verlust des Trägermaterials, Alterung oder Inkompatibilität | Impedanz nach Alterung, Sichtprüfung, Lieferantenanalyse |
| Die Ergebnisse variieren von Gerät zu Gerät | Auftragsmenge, Anzugsdrehmoment, Ebenheit oder Oberflächenvorbereitung variieren | Prozessaufzeichnungen und eine Stichprobe der Produktionsbaugruppen |
Diagnostizieren Sie nicht jeden Temperaturanstieg als “schlechtes Wärmeleitfett”. Eine lose Schraube, ein verstopfter Lüfter, eine geänderte Leistungsstufe oder ein verzogener Kühlkörper kann die Ursache sein. Halten Sie Prüflast und Umgebungsbedingungen gleich, bevor Sie die Wärmeleitgrenzfläche dafür verantwortlich machen.
Zur Qualifizierung sollten repräsentative Baugruppen bei Temperaturen und mit einer Anzahl von Zyklen gealtert werden, die durch das tatsächliche Produktprofil gerechtfertigt sind. Beziehen Sie Vibrationen ein, wenn das Gerät diesen ausgesetzt ist, und prüfen Sie es in seiner Einbaulage. Erfassen Sie die anfänglichen und gealterten Gehäuse- oder sperrschichtbezogenen Temperaturen und untersuchen Sie anschließend, wie viel Material über der Kontaktfläche verbleibt. Legen Sie die Grenzwerte für Bestehen/Nichtbestehen vor Beginn der Prüfung fest. Andernfalls kann ein hübsches Demontagefoto Sie zu fast jeder Schlussfolgerung verleiten.
Vier praxisnahe Fälle: Welche würden Sie in die engere Auswahl nehmen?
1. Ein Leistungsmodul für einen Industrieantrieb
Das Modul ist mit einer Aluminium-Kühlplatte verschraubt. Die Kontaktfläche ist groß, relativ eben und im montierten Zustand dünn. Beginnen Sie mit einer Wärmeleitpaste für Elektronikanwendungen mit geringem thermischem Widerstand und überprüfen Sie das Druckprofil über der Mitte der Kontaktfläche. Vergleichen Sie die gealterte thermische Impedanz oder die Gehäusetemperatur nach den realistischen Leistungszyklen des Antriebs. Wenn die Verbindung eine speziell ausgelegte isolierende Schicht benötigt, ist diese Schicht eine separate Designentscheidung. Ein Datenblatt der Wärmeleitpaste kann die vollständige elektrische Sicherheit des Antriebs nicht bescheinigen.
Die anwendbaren Anforderungen an das Endgerät hängen vom konkreten Antrieb ab. IEC 61800-5-1, betrifft beispielsweise elektrische Antriebssysteme mit variabler Drehzahl sowie deren elektrische, thermische, Brand- und sonstigen Gefahren. Dadurch wird ein gewöhnliches TIM jedoch nicht zu einer zertifizierten Isolationsbarriere.
2. Eine Außenleuchte mit LED
Eine LED-Platine wird an ein Metallgehäuse geklemmt. Lange, heiße Abende und kühle Nächte setzen die Paste zahlreichen Zyklen aus. Blicken Sie über die anfängliche Platinentemperatur hinaus: Prüfen Sie die Randwanderung und die Temperaturdrift. Wenn optische Oberflächen oder eine Linse verunreinigt werden können, vergleichen Sie die silikonfreie Variante und fordern Sie Nachweise zum Ausschwitzen oder Ausgasen des Produkts an. Wählen Sie die Baugruppe, nicht nur die Wattzahl von LED.
3. Ein HF-Verstärker in der Nähe empfindlicher Kontakte
Hier muss eine dünne Wärmeleitfuge neben Steckverbindern, Beschichtungen oder empfindlichen Oberflächen bestehen können. Silikonfreies Fett kann früh in die engere Auswahl kommen, jedoch nur, wenn es auch die thermischen und prozessbezogenen Anforderungen erfüllt. Testen Sie, wie es aufgetragen wird, reinigen Sie Bereiche bei geplanter Nacharbeit und prüfen Sie nach der Heißlagerung auf Rückstände. “Kein Silikon” ist ein nützlicher Filter. Damit ist die Prüfung jedoch noch nicht abgeschlossen.
4. Eine Stromversorgungsplatine unter einem ungleichmäßig hohen Deckel
Mehrere wärmeentwickelnde Bauteile befinden sich unter einer Abdeckung auf unterschiedlichen Höhen. Das ist wahrscheinlich keineswegs eine dünne Wärmeleitpastenschicht. Eine flüssiger Spaltfüller oder ein vorgeformtes Pad kann diese größeren Zwischenräume überbrücken und gleichzeitig die Montagekraft kontrollieren. Eine dicke Überbrückung aus Wärmeleitpaste herstellen zu wollen, ist wie der Versuch, ein Schlagloch mit Farbe zu füllen. Die Oberfläche wird vielleicht kurzzeitig bedeckt, aber es ist das falsche Werkzeug.
Diese Beispiele dienen der Auswahlentscheidung und sind keine Liste freigegebener Sorten. Jedes reale Produkt erfordert eine eigene Geometrieprüfung, eine elektrische Bewertung, eine Prozessprüfung und ein thermisches Ergebnis nach der Alterung.
Wann ein anderes TIM der bessere Kauf ist
Fett ist attraktiv, wenn Sie eine gute Benetzung dünner Fugen und eine funktionierende Kontaktfläche benötigen. Weniger geeignet ist es, wenn die Spaltbreite variiert, die Baugruppe die Klemmkraft nicht aufrechterhalten kann oder eine saubere Applikation Priorität hat. Wählen Sie es nicht einfach deshalb, weil Ihnen die Bezeichnung vertraut klingt.
A Phasenwechsel-Wärmeleitmaterial kann einem Produktionsteam ein vorgeformtes und sauberer zu verarbeitendes Teil bieten, das bei der vorgesehenen Temperatur und Belastung erweicht und benetzt. Es benötigt eine geeignete Aktivierung und dauerhaft anliegenden Druck. Für einen größeren, ungleichmäßigen Spalt sind ein Pad oder ein dosierbares Gel besser geeignet. Wenn Sie die Teile zusätzlich zusammenhalten müssen, prüfen Sie einen qualifizierten Wärmeleitklebstoff und dessen Aushärtespannungen – nicht eine Paste, die nur vorgibt, ein Klebstoff zu sein.
Das elektrische Verhalten muss separat bewertet werden. Ein Wert für die Durchschlagsfestigkeit charakterisiert einen Prüfkörper unter festgelegten Bedingungen; er legt weder die Kriechstrecken und Luftstrecken noch die Alterungsbeständigkeit oder Isolationsklasse des fertigen Geräts fest. IEC 60664-1 behandelt die Isolationskoordination einschließlich Luftstrecken und Kriechstrecken innerhalb des festgelegten Geltungsbereichs. Die anzuwendende Produktnorm und der Sicherheitsingenieur bestimmen den Aufbau des fertigen Produkts. Halten Sie leitfähige Füllstoffe und herausgepresstes Material von gefährlichen Bereichen fern.
Eine praxisnahe Vorauswahl für Beschaffung und Engineering
Bevor Sie Muster anfordern, erstellen Sie eine einseitige Schnittstellenbeschreibung. Dafür ist keine aufwendige Software erforderlich. Eine Zeichnung, einige gemessene Spaltmaße und realistische Betriebsbedingungen bringen Sie deutlich weiter als eine vage Anfrage nach “10 W/m·K und hohen Temperaturen.”
- Beschreiben Sie die Oberflächen und die Belastung. Geben Sie Materialien, Beschichtungen, Kontaktfläche, Ebenheit, Klemmenausführung, Anzugsmoment und die angestrebte endgültige Klebschichtdicke an.
- Geben Sie die tatsächlichen Temperaturen an. Unterscheiden Sie zwischen der Grenzflächentemperatur und der Sperrschichttemperatur des Bauteils. Geben Sie Dauerbetrieb, kurze Spitzen, Kaltstarts, Zyklen und die erwartete Lebensdauer an.
- Nennen Sie nichtthermische Randbedingungen. Berücksichtigen Sie nahegelegene Kontakte oder optische Komponenten, Isolationsgrenzen, Nacharbeit, Reinigung, Lagerung und das Dosierverfahren.
- Vergleichen Sie zwei oder drei geeignete Ausführungsformen. Fordern Sie produktspezifische Temperaturangaben, die Viskosität, thermische Prüfbedingungen, bei Bedarf Daten zum Ausschwitzen oder Ausgasen sowie Nachweise zur Alterung an. Nehmen Sie einen Kandidaten in Form eines Wärmeleitpads oder eines Phasenwechselmaterials auf, wenn die Geometrie dies erfordert.
- Prüfen Sie die komplette Hardware. Messen Sie die Ausgangsleistung, unterziehen Sie repräsentative Einheiten einer Alterung, wiederholen Sie die Messung und prüfen Sie die Klebeverbindung. Dokumentieren Sie die Prozessparameter zu jedem Ergebnis.
HAKTAKs Materialauswahl und Prüfservice kann dabei helfen, aus diesem Briefing einen Prüfplan für Muster zu erstellen. Ein Lieferant kann wesentlich gezielter Empfehlungen geben, wenn er die Klemme und die tatsächliche Grenzflächentemperatur kennt. Das beste Produkt ist dasjenige, das das thermische Ziel erfüllt und und sich vorhersehbar verhält, wenn jemand anderes das tausendste Exemplar fertigt.
Fazit
Um eine Wärmeleitpaste für hohe Temperaturen auszuwählen, bestätigen Sie zunächst, dass es sich um eine dünne elektronische Wärmeübertragungs-Schnittstelle handelt. Messen Sie die tatsächliche Wärmebelastung und den Druck. Vergleichen Sie anschließend silikonhaltige und silikonfreie Qualitäten hinsichtlich der im eingebauten Zustand erzielten thermischen Impedanz, der Eignung für den Prozess, der Sauberkeit und der Bedeckung nach Alterung. Wenn die Schnittstelle breit oder uneben ist, wechseln Sie das Materialformat, statt die Lücke mit Wärmeleitpaste zu erzwingen. Das Etikett bringt ein Produkt auf die Auswahlliste; der Test in der montierten Baugruppe entscheidet über seine Aufnahme.
Häufig gestellte Fragen
1. Ist Hochtemperatur-Wärmeleitpaste dasselbe wie Lagerfett?
Nein. Lagerfett wird ausgewählt, um bewegte Kontaktflächen unter Last und bei Drehzahl zu schmieren. Elektronische Wärmeleitpaste wird ausgewählt, um Wärme über eine dünne, angepresste Schnittstelle zu übertragen. Ersetzen Sie ein Lager- oder Anti-Seize-Produkt nicht ohne anwendungsspezifische Nachweise.
2. Wie heiß darf Wärmeleitpaste werden?
Das hängt von der genauen Formulierung und davon ab, ob die Temperatur dauerhaft oder nur kurzzeitig anliegt. Lesen Sie die Vorgaben des Lieferanten und messen Sie die Temperatur in der Pastenschicht. Die zulässige Sperrschichttemperatur eines Chips ist nicht die Temperatur der Wärmeleitpaste.
3. Kann ich ein Schmierfett, das für einen Spitzenwert von 200°C ausgelegt ist, dauerhaft bei 200°C einsetzen?
Nicht allein aufgrund dieser Angabe. Eine kurze Spitzenbelastung und eine lange Verweilzeit bei hoher Temperatur beanspruchen ein Material auf unterschiedliche Weise. Fordern Sie die Empfehlung für den Dauerbetrieb sowie Daten zur gealterten Grenzfläche bei einer relevanten Temperatur an.
4. Ist silikonfreies Schmierfett für heiße Elektronik immer die bessere Wahl?
Nein. Es ist sinnvoll, wenn eine durch Silikon verursachte Kontamination tatsächlich ein relevantes Konstruktionsproblem darstellt. Sowohl silikonhaltige als auch silikonfreie Typen erfordern weiterhin produktspezifische Prüfungen der thermischen Eigenschaften, des Ausblutens, der Verarbeitung und der Zuverlässigkeit.
5. Sollte ich den höchsten Wärmeleitfähigkeitswert wählen?
Verwenden Sie die Wärmeleitfähigkeit zur Vorauswahl und vergleichen Sie anschließend die thermische Impedanz im eingebauten Zustand bei ähnlicher Schichtdicke und ähnlichem Anpressdruck. Die Temperatur des montierten Bauteils und ihre Änderung nach der Alterung geben den Ausschlag.
6. Kann Wärmeleitpaste unter einem IGBT- oder MOSFET-Modul eingesetzt werden?
Ja, sofern die Verbindung zwischen Modul und Kühler für einen dünnen Wärmeleitpastenfilm ausgelegt ist und die elektrische sowie mechanische Auslegung qualifiziert wurde. Prüfen Sie die Kontaktpressung, die Auftragsmenge und die Zyklen am realen Modul.
7. Warum wird Wärmeleitpaste herausgepumpt?
Durch Erwärmung und Abkühlung können sich die verbundenen Teile unterschiedlich stark ausdehnen. Diese Bewegung, häufig verstärkt durch Verzug oder wechselnden Anpressdruck, verdrängt die Paste aus dem aktiven Bereich. Prüfen Sie die Bedeckung und die Temperaturdrift nach realitätsnahen Zyklen.
8. Trocknet Wärmeleitpaste bei hohen Temperaturen aus?
Einige Qualitäten können bei längerer Wärmeeinwirkung Träger verlieren, sich entmischen oder ihre Konsistenz verändern. Mehrere unterschiedliche Veränderungen werden als “Austrocknen” bezeichnet. Prüfen Sie die Eigenschaften nach der Alterung und untersuchen Sie die Rückstände, bevor Sie entscheiden, was tatsächlich passiert ist.
9. Wann sollte ich stattdessen ein Pad, Gel oder Phasenwechsel-TIM verwenden?
Verwenden Sie ein Pad oder Gel, wenn der Spalt größer ist oder innerhalb der Baugruppe variiert. Ziehen Sie ein Phasenwechselmaterial TIM in Betracht, wenn eine dünne, geklemmte Verbindung von der saubereren Handhabung eines vorgeformten Materials profitiert. Validieren Sie jedes Format unter dem vorgesehenen Druck und der vorgesehenen Temperatur.
10. Wie qualifiziere ich einen Kandidaten vor der Serienproduktion?
Testen Sie repräsentative Hardware bei definierter Leistung und Umgebungstemperatur. Erfassen Sie die Ausgangstemperatur und die Schnittstellendetails, führen Sie eine begründete thermische und zyklische Belastung durch, messen Sie erneut und prüfen Sie die Abdeckung. Bewahren Sie Aufzeichnungen zur Dosierung und Montage auf, damit das Ergebnis reproduzierbar ist.
