Bei der Auswahl von Wärmeleitpads für die Leistungselektronik sollten Sie zunächst die elektrischen und mechanischen Schnittstellen berücksichtigen und nicht nur den Wert der Wärmeleitfähigkeit. Legen Sie die Wärmebelastung, die Kontaktfläche, die Anforderungen an die Spannungsisolierung, den Spaltbereich, die Anpresskraft, die Oberflächenebenheit, die Betriebstemperatur und die Zuverlässigkeitsanforderungen fest. Wählen Sie anschließend ein Pad mit geeigneter Dicke, Härte, Durchschlagfestigkeit, thermischer Impedanz und Langzeitstabilität aus.
In einfachen Worten: Das beste Wärmeleitpad für Leistungselektronik ist eines, das Wärme überträgt, die elektrische Isolierung gewährleistet, sicher komprimiert werden kann und auch bei Temperaturwechselbeanspruchung und mechanischer Belastung zuverlässig funktioniert.
Anwendungen in der Leistungselektronik wie MOSFETs, IGBTs, Wechselrichter für Elektrofahrzeuge, Stromversorgungen, Motorantriebe, LED-Treiber und industrielle Umrichter erfordern häufig Wärmeleitpads, die sowohl für die Wärmeübertragung als auch für die elektrische Isolierung sorgen. Ein Pad mit hohem W/mK-Wert reicht nicht aus, wenn es zu dick, zu hart, schlecht verdichtet ist oder die dielektrischen Anforderungen nicht erfüllt.
Warum Leistungselektronik Wärmeleitpads benötigt
Leistungselektronik dient zur Umwandlung, Schaltung, Steuerung oder Regelung elektrischer Leistung. Diese Systeme erzeugen in kompakten Bauformen häufig erhebliche Wärme. Wird die Wärme nicht effektiv abgeführt, steigt die Sperrschichttemperatur, der Wirkungsgrad sinkt und die Zuverlässigkeit nimmt ab.
Wärmeleitpads dienen dazu, Wärme von Leistungsbauelementen an Kühlkörper, Kühlplatten, Gehäuse, Chassis oder Metallgehäuse abzuleiten. Außerdem helfen sie dabei, Luftspalten zwischen unebenen Oberflächen auszugleichen.
In der Leistungselektronik kommen Wärmeleitpads üblicherweise in folgenden Bereichen zum Einsatz:
- MOSFET-Baugruppen
- IGBT-Module
- Stromversorgungen
- DC-DC-Wandler
- Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler
- EV-Wechselrichter
- Motorantriebe
- Solarwechselrichter
- Ladegeräte
- LED-Treiber
- Industrielle Steuerungsmodule
- Stromversorgungsanlagen für die Telekommunikation
In vielen dieser Anwendungen muss das Wärmeleitpad zwei Aufgaben gleichzeitig erfüllen:
- Leite die Wärme vom Leistungsbauelement ab.
- Sorgen Sie für eine elektrische Isolierung zwischen dem Gerät und der Kühlstruktur.
Dadurch ist die Auswahl eines Wärmeleitpads komplexer, als einfach nur die höchste Wärmeleitfähigkeit zu wählen.
Was zeichnet die Leistungselektronik aus?
Die Auswahl von Wärmeleitpads für die Leistungselektronik unterscheidet sich von der Kühlung in der allgemeinen Elektronik, da Leistungsbauelemente häufig mit einem höheren Wärmefluss, einer höheren Spannung, stärkeren Temperaturwechseln und strengeren Sicherheitsanforderungen betrieben werden.
Hoher Wärmefluss
Leistungsbauelemente können auf kleinem Raum konzentrierte Wärme erzeugen. Das bedeutet, dass die Wärmeleitverbindung den Wärmewiderstand so gering wie möglich halten muss, um eine sichere Sperrschichttemperatur zu gewährleisten.
Elektrische Isolierung
Metallkühlkörper, Gehäuse und Kühlplatten können leitfähig oder geerdet sein. Anschlüsse oder Substrate von Leistungshalbleitern können elektrisch aktiv sein. Das Wärmeleitpad muss unter Umständen die Spannung isolieren und gleichzeitig Wärme übertragen.
Temperaturwechselbeanspruchung
In der Leistungselektronik kommt es bei Lastwechseln häufig zu wiederholten Erwärmungs- und Abkühlungsvorgängen. Diese zyklischen Belastungen können das Pad, die Lötstellen, die Substrate und das Gehäuse beanspruchen.
Mechanische Beanspruchung
Leistungsmodule reagieren empfindlich auf Einbaukräfte, Ebenheit, Drehmoment und Druck. Ein zu hartes oder zu dickes Unterlegstück kann die Leiterplatte verbiegen oder Bauteile belasten.
Lange Lebensdauer
Industrie-, Automobil-, Telekommunikations- und Energiesysteme müssen unter Umständen über Jahre hinweg eine stabile Leistung erbringen. Eine anfänglich gute thermische Leistung reicht nicht aus.
Für einen umfassenderen Überblick über Leistungsmodule und deren Einsatz in Umrichtern, Elektrofahrzeugen, industriellen Antrieben und Anlagen für erneuerbare Energien ist das Anwendungshandbuch für Leistungshalbleiter von Semikron-Danfoss eine nützliche Referenz für die Branche.
Wärmeleitpads für Leistungselektronik im Vergleich zur allgemeinen Elektronik
| Faktor | Allgemeine Elektronik | Leistungselektronik |
| Wärmebelastung | Gering bis mäßig | Mäßig bis sehr hoch |
| Spannungsisolierung | Manchmal erforderlich | Oft entscheidend |
| Thermisches Zyklieren | Mäßig | Häufig schwerwiegend |
| Kompressionssteuerung | Wichtig | Kritisch |
| Durchschlagsfestigkeit | Bei einigen Ausführungen optional | Häufig benötigt |
| Zuverlässigkeitsziel | Produktabhängig | Oft lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit |
| Hauptrisiko | Mangelhafte Kühlung oder Drosselung | Thermische Störung, Isolationsfehler, mechanische Beanspruchung |
So wählen Sie Wärmeleitpads für Leistungselektronik anhand der Wärmebelastung aus
Der erste Schritt besteht darin, die Wärmebelastung zu verstehen.
Schätzung der Verlustleistung
Ermitteln Sie, wie viel Wärme das Gerät abführen muss. Diese Wärme kann durch Leitungsverluste, Schaltverluste, Diodenverluste, Treiberverluste oder thermische Modelle auf Modulebene entstehen.
Wichtige Fragen:
- Wie viele Watt müssen durch das Pad fließen?
- Wie hoch ist die maximale Sperrschichttemperatur?
- Wie hoch ist die Umgebungs- bzw. Kühlmitteltemperatur?
- Wie hoch ist der Widerstand des Kühlkörpers bzw. der Kühlplatte?
- Was ist die Kontaktfläche?
Berechnung des Wärmebudgets
Das Wärmeleitpad ist nur ein Teil des gesamten Wärmepfads. Wärme kann von folgenden Stellen ausgehen:
- Halbleiterübergang
- Verpackung oder Trägermaterial
- Wärmeleitpad
- Kühlkörper oder Kühlplatte
- Luft- oder Flüssigkeitskühlsystem
Ist der zulässige Temperaturanstieg begrenzt, muss das Wärmeleitpad eine geringe thermische Impedanz aufweisen.
Verwenden Sie die thermische Impedanz, nicht nur W/mK
Die Wärmeleitfähigkeit ist zwar nützlich, doch für die Leistungselektronik ist die thermische Impedanz oft praktischer. Die thermische Impedanz spiegelt die tatsächlichen Eigenschaften der Grenzfläche unter definierten Bedingungen hinsichtlich Dicke, Druck und Kontakt wider.
HakTaks Artikel Wärmeleitfähigkeit vs. Wärmeimpedanz bei der TIM-Auswahl erläutert diesen Unterschied ausführlich.
ASTM D5470 wird üblicherweise als Referenz für die Wärmeübertragungseigenschaften von wärmeleitenden elektrischen Isoliermaterialien herangezogen und ist für die Prüfung der TIM-Impedanz und der scheinbaren Leitfähigkeit von Bedeutung.
So wählen Sie Wärmeisolierpads für MOSFETs und IGBTs aus
Viele MOSFETs und IGBTs müssen elektrisch von Kühlkörpern oder Metallgehäusen isoliert werden. Dies ist einer der wichtigsten Gründe für den Einsatz von isolierenden Wärmeleitpads.
Prüfung der Durchschlagfestigkeit
Die Durchschlagfestigkeit gibt an, wie viel elektrischer Belastung ein Material standhalten kann, bevor es zum Durchschlag kommt. In der Leistungselektronik ist dies ein sicherheitskritischer Parameter.
Ingenieure sollten sich fragen:
- Welche Spannung muss das Pad isolieren?
- Ist der Kühlkörper geerdet?
- Steht die Registerkarte „Gerät“ unter Spannung?
- Wird ein Kühlkörper von mehreren Geräten gemeinsam genutzt?
- Sind Kriechweg oder Luftstrecke begrenzt?
- Welche Sicherheitsmarge ist erforderlich?
ASTM D149 ist eine wichtige Referenz für die Durchschlagspannung und die Durchschlagfestigkeit von festen elektrischen Isoliermaterialien.
Bestimmung der Durchschlagspannung bei Enddicke
Die Durchschlagspannung hängt von der Materialdicke und den Prüfbedingungen ab. Ein Kontaktstück kann bei Nennstärke zwar eine gute Isolierung aufweisen, doch in der tatsächlichen Baugruppe kommt es auf die endgültige Dicke nach dem Zusammendrücken an.
Wird das Pad zu stark komprimiert, kann sich der dielektrische Spielraum verringern. Ist das Pad zu dick, kann sich der Wärmewiderstand erhöhen.
HakTaks Artikel Elektrisch isolierende Wärmepolster: Wann braucht man sie? erläutert diesen thermisch-elektrischen Kompromiss.
Vermeiden Sie leitfähige Füllstoffe, wenn Isolierung erforderlich ist
In einigen thermischen Werkstoffen mit hoher Leitfähigkeit kommen leitfähige Füllstoffe zum Einsatz. Diese sind möglicherweise nicht geeignet, wenn elektrische Isolierung erforderlich ist.
In der Leistungselektronik werden isolierende, mit Keramik gefüllte Kontaktflächen häufig bevorzugt, wenn eine Spannungsisolierung erforderlich ist.
So wählen Sie die Dicke des Wärmeleitpads für Leistungsmodule aus
Die Dicke des Wärmeleitpads beeinflusst sowohl den Wärmewiderstand als auch den mechanischen Sitz.
Den Spaltbereich messen
Legen Sie die Dicke der Unterlegscheibe nicht allein anhand der Nennmaße aus dem CAD fest. Messen oder berechnen Sie:
- Mindestabstand
- Nennspalt
- Maximaler Abstand
Enthält:
- Toleranz bei der Geräteverpackung
- Löt Höhe
- Leiterplattenstärke
- Ebenheit des Kühlkörpers
- Gehäusetoleranz
- Schwankungen des Schraubendrehmoments
- Wärmeausdehnung
HakTaks Artikel So wählen Sie die richtige Dicke von Wärmeleitpads für Elektronikgeräte aus bietet einen praktischen Arbeitsablauf für diesen Schritt.
Wählen Sie das dünnste zuverlässige Polster
Im Allgemeinen verringern dünnere Unterlegscheiben den Wärmewiderstand. Die Unterlegscheibe muss jedoch weiterhin den Spalt ausfüllen und den Kontakt auch bei Toleranzschwankungen aufrechterhalten.
Das Ziel lautet:
Verwenden Sie die dünnste Unterlegscheibe, die den Spalt im ungünstigsten Fall ausfüllt und auch beim minimalen Spalt noch sicher ist.
Berücksichtigung der endgültigen Dicke der Klebefuge
Die Dicke der Klebeverbindung ist die endgültige Dicke nach dem Verpressen. Sie wirkt sich direkt auf den Wärmewiderstand aus.
Für einen vereinfachten Wärmepfad:
R = t / (k × A)
Wo:
- R ist der Wärmewiderstand
- t ist die Enddicke
- k ist die Wärmeleitfähigkeit
- A ist die Kontaktfläche
HakTaks Artikel Wie sich die Dicke der Klebefuge auf die thermische Leistung auswirkt erklärt, warum BLT wichtig ist.
Wie stark muss ein Wärmeleitpad für Leistungselektronik komprimiert werden?
Durch die Kompression wird der Kontakt des Polsters verbessert und Luftspalten verringert, doch eine übermäßige Kompression kann die Baugruppe beschädigen.
Risiko einer zu geringen Kompression
Eine zu geringe Kompression kann folgende Folgen haben:
- Luftspalte
- Hoher Kontaktwiderstand
- Hotspots
- Geringe Wiederholbarkeit
- Unstabile Testergebnisse
Eine zu geringe Kompression tritt häufig auf, wenn das Polster zu dünn oder zu hart ist oder der Einpressdruck zu niedrig ist.
Risiko einer Überkompression
Eine zu starke Kompression kann folgende Auswirkungen haben:
- Biegen von Leiterplatten
- Rissbildung an Bauteilen
- Spannung in Lötstellen
- Verformung des Gehäuses
- Extrusion von Polstern
- Reduzierte Dielektrikumsdicke
- Langzeit-Kriechverformung
In der Leistungselektronik kann eine Überkompression sowohl zu einem thermischen als auch zu einem elektrischen Zuverlässigkeitsproblem werden.
Berechnung der Kompression bei minimalem und maximalem Spalt
Das Verdichtungsverhältnis sollte unter den Bedingungen des minimalen, nominalen und maximalen Spaltmaßes berechnet werden. Der Artikel von HakTak Kompressionsverhältnis von Wärmeleitpads: Wie viel ist genug? erläutert diesen Vorgang.
Weiche vs. harte Wärmeleitpads für die Leistungselektronik
Die Härte des Wärmeleitpads beeinflusst die Anpresskraft, die Kontaktqualität und die mechanische Belastung.
Wann weiche Thermopads besser sind
Weiche Polster sind nützlich, wenn:
- Der Druck ist begrenzt
- Die Bauteile sind empfindlich
- Die Oberflächenebenheit ist schlecht
- Die Spalttoleranz ist groß
- Das Verbiegen von Leiterplatten muss auf ein Minimum reduziert werden
Weiche Polster können den Kontakt bei geringerem Druck verbessern, sind jedoch möglicherweise schwieriger zu handhaben oder weniger formstabil.
Wann härtere Wärmepads besser sind
Härtere Polster können in folgenden Fällen geeignet sein:
- Die Lücke wird streng kontrolliert
- Es steht eine starke Komprimierung zur Verfügung
- Die gestanzten Teile müssen platziert werden
- Maßhaltigkeit ist wichtig
- Die Sauberkeit bei Nacharbeiten ist wichtig
Ein hartes Polster muss sich jedoch dennoch ausreichend zusammenpressen lassen, um einen guten Kontakt herzustellen.
HakTaks Artikel Weiche vs. harte Wärmepads: Was ist besser? befasst sich ausführlicher mit dieser Auswahlentscheidung.
ASTM D2240 ist eine wichtige Referenz für die Härte von Kautschuk nach dem Durometer.
Wichtige Eigenschaften von Wärmeleitpads für die Leistungselektronik
| Eigenschaft | Warum das wichtig ist | Hinweis zur Auswahl |
| Wärmeleitfähigkeit | Prüft die Wärmeübertragungsfähigkeit | Ein höherer W/mK-Wert ist nur dann von Vorteil, wenn Kontakt und Dicke kontrolliert werden |
| Thermische Impedanz | Spiegelt die tatsächliche Leistung der Schnittstelle wider | Besseres Kriterium für die endgültige Auswahl |
| Dicke | Reguliert die Lückenfüllung und den Widerstand | Wählen Sie anhand des Mindest-, Nenn- bzw. Maximalabstands |
| Härte | Beeinflusst die Druckkraft | An den verfügbaren Druck anpassen |
| Durchschlagsfestigkeit | Unterstützt die Spannungsisolierung | Von entscheidender Bedeutung für MOSFETs, IGBTs und Leistungsmodule |
| Durchschlagsspannung | Zeigt die Isolationsgrenze an | Nach der Komprimierung überprüfen |
| Druckverformungsrest | Deutet auf eine langfristige Erholung hin | Wichtig für den Temperaturwechselbetrieb |
| Betriebstemperatur | Bestimmt die Materialstabilität | An das Gerät und die Umgebung anpassen |
| Entflammbarkeit | Möglicherweise für die Zertifizierung erforderlich | Sicherheitsanforderungen des Systems prüfen |
| Oberflächenhaftung | Beeinflusst die Handhabung von Baugruppen | Nützlich, aber kein Ersatz für Kompression |
Wärmeleitpads im Vergleich zu Wärmeleitpaste, PCM, Kitt und Vergussmasse für die Leistungselektronik
Wärmeleitpads sind nicht immer die einzige Wahl.
Wärmeleitpads vs. Wärmeleitpaste
Wärmeleitpaste ermöglicht zwar eine sehr geringe Schichtdicke, bietet jedoch keine Isolierung, sofern sie nicht speziell dafür entwickelt wurde, und lässt sich im Gegensatz zu einem Pad nicht in der Dicke dosieren.
Fett eignet sich möglicherweise besser für dünne, flache und festgeklemmte Kontaktflächen. Dichtungsringe sind möglicherweise die bessere Wahl, wenn Isolierung, Spaltfüllung und eine saubere Montage wichtig sind.
Wärmeleitpads vs. PCM-Wärmeleitpads
PCM-Wärmeleitpads werden bei Betriebstemperatur weich und verbessern die Benetzung. Sie ermöglichen eine saubere Handhabung und sorgen nach der Aktivierung für einen guten Kontakt.
HakTaks Artikel PCM-Wärmeleitpads erklärt erklärt, wie Phasenwechselmaterialien funktionieren.
Wärmeleitpads vs. Wärmeleitpaste
Wärmeleitpaste eignet sich besonders, wenn die Spalte ungleichmäßig sind oder die Höhen der Bauteile variieren. Wärmeleitpads sind die bessere Wahl, wenn die Spalte kontrolliert und reproduzierbar sind.
Siehe den Leitfaden von HakTak Thermospachtel vs. Wärmeleitpaste: Die richtige Wahl für ungleichmäßige Lücken.
Wärmeleitpads vs. Vergussmassen
Vergussmassen dienen der Verkapselung, dem Schutz und der Wärmeübertragung. Sie sind nützlich, wenn Bauteile vor Umwelteinflüssen geschützt werden müssen, lassen sich jedoch nicht so leicht nachbearbeiten wie Pads.
Zuverlässigkeitsprüfungen für Wärmeleitpads in der Leistungselektronik
Wärmeleitpads für die Leistungselektronik sollten unter realistischen Bedingungen validiert werden.
Zu den empfohlenen Untersuchungen gehören:
- Wärmeimpedanz bei realistischen Drücken
- Durchschlagfestigkeit nach Kompression
- Hochtemperaturalterung
- Thermisches Zyklieren
- Aus- und Wiedereinschalten
- Vibration
- Druckverformungsrest
- Feuchtigkeitseinwirkung
- Bewertung von Nacharbeiten
- Prüfung der Gerätetemperatur
ISO 22007-2 behandelt das Verfahren mit einer transienten ebenen Wärmequelle zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit und der Wärmediffusionskoeffizienten von Kunststoffen.
Standardtestdaten sind zwar nützlich, doch sind Tests auf Anwendungsebene nach wie vor erforderlich. Bei realen Baugruppen spielen Drehmomentschwankungen, Oberflächenrauheit, Spalttoleranzen und Alterungseffekte eine Rolle, die in Datenblättern möglicherweise nicht berücksichtigt werden.
Anwendungsspezifischer Auswahlleitfaden
| Anmeldung | Priorität | Empfohlener Schwerpunkt |
| MOSFET-Kühlkörper-Schnittstelle | Wärmedämmung und geringer Wärmewiderstand | Durchschlagfestigkeit, dünne BLT, Druckregelung |
| IGBT-Modul | Hohe Wärme- und Spannungsisolierung | Thermische Impedanz, Durchbruchspannung, Zyklen |
| EV-Wechselrichter | Zuverlässigkeit bei Wechselbeanspruchung und Vibration | Druckverformungsrest, dielektrische Sicherheitsmarge, Alterung |
| Stromversorgung | Isolierter Kühlkörperkontakt | Dicke, Isolierung, Entflammbarkeit |
| Industriemotorantrieb | Raue Umgebung | Temperaturbereich, Vibration, Langzeitkontakt |
| LED-Treiber | Wärme- und Elektrosicherheit | Dünne Unterlage, Isolierung, lange Lebensdauer |
| Telekommunikations-Leistungsmodul | Kontinuierlicher Betrieb | Thermische Alterung, Druckstabilität |
Häufige Fehler bei der Auswahl von Wärmeleitpads für die Leistungselektronik
Der erste Fehler besteht darin, die Auswahl ausschließlich anhand der Wärmeleitfähigkeit zu treffen. Ein Pad mit hohem W/mK-Wert kann versagen, wenn es zu dick, zu hart oder nicht ausreichend verdichtet ist.
Der zweite Fehler besteht darin, die Spannungsisolierung zu vernachlässigen. In der Leistungselektronik ist häufig eine Überprüfung der Durchschlagfestigkeit und der Durchbruchspannung erforderlich.
Der dritte Fehler besteht darin, ausschließlich den Nennspielraum zu verwenden. Die Festlegung von Mindest- und Höchstspielraumgrenzen kann zu einer Über- oder Unterkompression führen.
Der vierte Fehler besteht darin, die endgültige Dicke nach der Verdichtung außer Acht zu lassen. Die endgültige Dicke wirkt sich sowohl auf den Wärmewiderstand als auch auf die elektrische Isolierung aus.
Der fünfte Fehler besteht darin, nur die Ausgangstemperatur zu prüfen. Thermische Zyklen, Alterung und Vibrationen können den Kontakt der Kontaktflächen im Laufe der Zeit verändern.
Der sechste Fehler besteht darin, ein Wärmeleitpad zu verwenden, wo Kitt, PCM, Wärmeleitpaste oder Vergussmasse besser geeignet wären.
Der siebte Fehler besteht darin, anzunehmen, dass eine bestimmte Pad-Qualität für jede Anwendung in der Leistungselektronik geeignet ist. MOSFETs, IGBTs, Wechselrichter für Elektrofahrzeuge und LED-Treiber können sehr unterschiedliche Anforderungen stellen.
HakTak-Perspektive
Bei HakTak werden Wärmeleitpads für die Leistungselektronik als thermische, elektrische und mechanische Konstruktionskomponenten betrachtet. Das Pad muss Wärme übertragen, bei Bedarf für eine sichere Isolierung sorgen, sich korrekt zusammenpressen lassen und seine Leistungsfähigkeit über einen langen Zeitraum hinweg beibehalten.
Für eine präzise Materialauswahl sollten Ingenieure folgende Angaben machen:
- Bauteiltyp: MOSFET, IGBT, Diode, Modul, Wandler, Wechselrichter
- Wärmebelastung oder Leistungsverlust
- Kontaktbereich
- Mindest-, Nenn- und Maximalabstand
- Erforderliche Durchschlagfestigkeit oder Durchbruchspannung
- Material des Kühlkörpers oder Gehäuses
- Verfügbarer Druck oder Schraubendrehmoment
- Ebenheit der Oberfläche
- Betriebstemperaturbereich
- Anforderungen hinsichtlich Temperaturwechselbeanspruchung und Vibration
- Entflammbarkeit oder Sicherheitsanforderungen
- Herstellungsverfahren und Anforderungen an die Stanzform
Anhand dieser Informationen kann ein Lieferant die Dicke, Härte, Wärmeleitfähigkeit, den Druckbereich und die Dämmeigenschaften der Dichtungen genauer empfehlen.
Das beste Wärmeleitpad für Leistungselektronik ist nicht das mit dem höchsten W/mK-Wert. Es ist dasjenige, das in der Endmontage eine stabil niedrige thermische Impedanz und eine sichere elektrische Isolierung gewährleistet.
Schlussfolgerung
Bei der Auswahl von Wärmeleitpads für die Leistungselektronik müssen Wärmeübertragung, elektrische Isolierung, Druckfestigkeit, Dicke, Härte und Zuverlässigkeit gegeneinander abgewogen werden.
Beginnen Sie mit den tatsächlichen Schnittstellenparametern: Wärmebelastung, Spaltbereich, Kontaktfläche, Spannungsisolierung, verfügbarer Druck, Betriebstemperatur und Anforderungen an die Lebensdauer. Vergleichen Sie anschließend die in Frage kommenden Pads anhand der thermischen Impedanz, der Durchschlagfestigkeit, der endgültigen komprimierten Dicke, des Druckverformungsrestes und von anwendungsbezogenen Tests.
Bei MOSFETs, IGBTs, Wechselrichtern für Elektrofahrzeuge, Stromversorgungen und industriellen Antrieben ist das Wärmeleitpad nicht nur ein Füllmaterial. Es ist Teil des Zuverlässigkeitssystems der Leistungselektronik.
Das richtige Wärmeleitpad sorgt dafür, dass das Gerät während der Produktion und im Langzeitbetrieb kühl, elektrisch sicher, mechanisch stabil und zuverlässig bleibt.
FAQs
Welches Wärmeleitpad eignet sich am besten für Leistungselektronik?
Welches Wärmeleitpad am besten geeignet ist, hängt von der Wärmebelastung, der Spaltbreite, der Spannungsisolierung, der Anpresskraft, der Dicke, der Härte und den Anforderungen an die Zuverlässigkeit ab. Es gibt kein universell bestes Pad.
Benötigt die Leistungselektronik elektrisch isolierende Wärmeleitpads?
Oftmals ja. Bei MOSFETs, IGBTs, Wechselrichtern und Netzteilen kann eine galvanische Trennung zwischen dem Bauteil und einem metallenen Kühlkörper oder Gehäuse erforderlich sein.
Ist ein höherer W/mK-Wert bei Wärmeleitpads für die Leistungselektronik immer besser?
Nein. Ein höherer W/mK-Wert ist nur dann von Vorteil, wenn Dicke, Verdichtung und Kontaktqualität kontrolliert werden. Die thermische Impedanz ist oft aussagekräftiger.
Wie dick sollte ein Wärmeleitpad für ein Leistungsmodul sein?
Das Dichtungselement sollte dick genug sein, um den maximalen Spalt auszufüllen, und dünn genug, um den Wärmewiderstand zu minimieren. Ingenieure sollten die Kompression über den gesamten Toleranzbereich des Spalts berechnen.
Wie stark muss ein Wärmepolster komprimiert werden?
Es ist ein ausreichender Anpressdruck erforderlich, um einen vollständigen Kontakt herzustellen und Luftspalten zu verringern, ohne dabei die Leiterplatte zu verbiegen, Bauteile zu beschädigen oder die dielektrische Sicherheitsmarge zu verringern.
Was versteht man unter Durchschlagfestigkeit bei einem Wärmeleitpad?
Die Durchschlagfestigkeit gibt an, wie viel elektrischer Spannung ein Material standhalten kann, bevor es durchschlägt. Sie ist für Isolierplatten in der Leistungselektronik von Bedeutung.
Sind weiche Wärmeleitpads für die Leistungselektronik geeignet?
Weiche Polster sind sinnvoll, wenn der Druck begrenzt ist oder die Bauteile empfindlich sind. Härtere Polster sind möglicherweise besser geeignet, wenn der Abstand kontrolliert wird und die Handhabungsstabilität eine Rolle spielt.
Sollte ich für MOSFETs Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitpad verwenden?
Verwenden Sie Schmierfett für dünne, flache, festgeklemmte Schnittstellen. Verwenden Sie Dichtungsringe, wenn elektrische Isolierung, Spaltfüllung und eine saubere Montage erforderlich sind.
Welche Tests sollten vor Produktionsbeginn durchgeführt werden?
Prüfen Sie die thermische Impedanz, die Durchschlagfestigkeit, die Enddicke, die Druckfestigkeit, die Temperaturwechselbeständigkeit, die Vibrationsfestigkeit, die Alterungsbeständigkeit und die Bauteil-Temperatur in der tatsächlichen Baugruppe.
Können Wärmeleitpasten Vergussmassen ersetzen?
Nicht immer. Pads dienen der Wärmeübertragung an der Schnittstelle, während Vergussmassen die Einkapselung und den Schutz vor Umwelteinflüssen gewährleisten.
