Wärmeleitmaterialien für die Leistungselektronik
Wärmesteuerung über den gesamten Leistungsstapel hinweg
Schaffen Sie einen stabilen Wärmepfad von IGBT-, MOSFET- und SiC-Bauelementen zu Substraten, Grundplatten, Kühlkörpern, Kühlplatten und Gehäusen – ohne dabei die elektrische Isolation oder die Zuverlässigkeit bei wiederholten Ein- und Ausschaltvorgängen zu beeinträchtigen.
Im Plenarsaal
Alle Schnittstellen im Stromumwandlungssystem abbilden
Leistungselektronik verfügt selten über nur eine Schnittstelle. Bauteilgehäuse, Module, magnetische Komponenten, Sammelschienen und Steuerplatinen stellen unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich Wärmefluss, Spannung und mechanischer Belastbarkeit.
IGBT- und MOSFET-Module am Kühlkörper
Verringerung des Widerstands zwischen Gehäuse und Senke bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der elektrischen Isolation, eines kontrollierten Anpressdrucks und eines stabilen Kontakts auch nach wiederholten Ein- und Ausschaltzyklen.
Lesen Sie den Leitfaden zu IGBT-Wärmeleitpads →
MOSFETs, Treiber und Hotspots auf Leiterplatten
Gleicht Höhenunterschiede bei Bauteilen aus und leitet Wärme in einen Kühlkörper oder ein Gehäuse ab, ohne Bauteile, Lötstellen oder Leiterplatten zu überlasten.
Siehe Leitfaden zur MOSFET-Auswahl →
Wechselrichter, Umrichter und Motorantriebe
Koordinieren Sie die Kühlung von Modulen mit Induktivitäten, Transformatoren, Kondensatoren und versiegelten Gehäusen unter Bedingungen hoher Belastung, Vibration und im Außendienst.
Entdecken Sie Wärmeleitpaste für Wechselrichter →Materialfamilien
Wähle die Schnittstellenfunktion vor der Chemie
Beginnen Sie mit Spaltmaß, Ebenheit, Wärmefluss, Spannung, Druck und Betriebsbedingungen. Vergleichen Sie anschließend die Materialausführung, die die erforderliche Schnittstelle langfristig aufrechterhalten kann.
Elektrisch isolierende Wärmepolster
Kombinieren Sie Spaltfüllung, dielektrische Isolierung und kontrollierte Anordnung zwischen Bauteilen, Modulen und Metallkühlstrukturen.
- Bogen-, Rollen- oder Stanzformat
- Vorgeschriebene Dicke und Härte
- Druckgesteuerter Kontakt
Wärmeleitpaste mit geringem spezifischen Widerstand
Feuchte, dünne, ebene und fest eingespannte Grenzflächen, bei denen eine geringe Klebezone wichtiger ist als das Ausfüllen eines großen mechanischen Spalts.
- Dünne Schnittstelle zwischen Gehäuse und Sink
- Geringer Kontaktwiderstand
- Wartungsfähige Baugruppe
Materialien mit Phasenwechsel an Grenzflächen
Weicht bei Betriebstemperatur auf, um die Benetzung zu verbessern, und ermöglicht gleichzeitig eine sauberere Auftragung als herkömmliches Fett.
- Kontrolliertes, vorab festgelegtes Format
- Potenzial für dünne Klebefugen
- Produktionsfreundliche Handhabung
Verzichtbare Lückenfüller
Anpassung an Induktivitäten, Transformatoren, Kondensatoren und ungleichmäßige Leiterplattenbaugruppen mit geringer mechanischer Belastung.
- Variable und komplexe Lücken
- Manuelle oder automatische Dosierung
- Weich ausgehärtete Schnittstelle
Wärmeleitende Klebstoffe
Schafft einen Wärmeleitweg und eine strukturelle Befestigung an Stellen, an denen Schrauben, Klammern oder separate Befestigungen nicht praktikabel sind.
- Verklebung und Wärmeübertragung
- 1K- oder 2K-Aushärtungsoptionen
- Kontrollierter Elastizitätsmodul und Festigkeit
Verguss und Verkapselung
Schützen Sie Leiterplatten und Bauteile vor Feuchtigkeit, Verschmutzung, Vibrationen und elektrischer Einwirkung.
- Thermisches und dielektrisches Gleichgewicht
- Selektive oder vollständige Befüllung
- Aushärtung und Steuerung der Exothermie
Formatvergleich
Das Material an die „Real Power“-Schnittstelle anpassen
Die beste Option ist diejenige, die bei der Enddicke und dem Einbaudruck die erforderliche Temperatur, Spannungsreserve und Lebensdauer erreicht.
| Materialformat | Best-Fit-Schnittstelle | Hauptvorteil | Zu beachtende Punkte bei der Konstruktion |
|---|---|---|---|
| Wärmeleitpad | Leistungsmodul, MOSFET, Treiberplatine oder ungleichmäßiger Abstand zum Gehäuse | Spaltfüllung und dielektrische Isolierung | Dicke, Härte, Druckfestigkeit und Schnittkantenqualität |
| Thermisches Schmierfett | Dünne, flache, festgeklemmte Schnittstelle zwischen Modul und Kühlkörper | Geringe Haftspanne und hervorragende Benetzung | Entleerung, Migration, Anwendungsvolumen und Wartung |
| TIM mit Phasenwechsel | Flache Geräte- oder Modulschnittstelle, die eine saubere Bestückung erfordert | Kontrollierte Handhabung und Benetzung bei Betriebstemperatur | Aktivierungstemperatur, Druck und Zyklenstabilität |
| Flüssiger Spaltfüller | Magnetkomponenten, Kondensatoren, Leiterplattenbaugruppen und komplexe Gehäuse | Konformität bei unterschiedlichen Bauteilhöhen | Dosierungssteuerung, Aushärtung, Hohlräume und Nachbearbeitung |
| Thermokleber | Kühlkörper, Wärmeverteiler, Sensor oder Bauteil, das befestigt werden muss | Mechanische Verbindung und Wärmeleitweg in einem Material | Heilung, Stress, Stärke und Beseitigungsstrategie |
| Vergussmasse | Leistungsplatine, Wandlergehäuse und geschützte Hochspannungselektronik | Umgebungs- und dielektrischer Schutz | Exotherme Reaktion, Spannung, Masse, Hohlräume und vollständige Aushärtung |
Auswahl-Workflow
Erstellen Sie das Power-Interface-Briefing in fünf Schritten
Ein nützlicher Materialüberblick stellt einen Zusammenhang zwischen Übergangsverlusten und dem mechanischen Aufbau einerseits und messbaren Anforderungen an Grenzflächen, Isolierung, Fertigung und Zuverlässigkeit andererseits her.
Den Wärmepfad definieren
Ermitteln Sie den Leistungsverlust der Bauelemente, das Schaltprofil, die Sperrschichtgrenze, die Gehäusetemperatur und die angestrebte Kühlstruktur.
Die Schnittstelle messen
Erfassen Sie die Kontaktfläche, die Ebenheit, die Rauheit, den minimalen und maximalen Spalt, das Befestigungsmuster und das Drehmoment.
Elektrische Grenzwerte festlegen
Überprüfen Sie die Betriebsspannung, den dielektrischen Zielwert, die Kriechstrecke, den Luftabstand und die Isolationsarchitektur.
Wählen Sie den Prozess aus
Definieren Sie die Platzierung der Pads, den Fettdruck, die Dosierung, die Aushärtung, die Prüfung, die Zykluszeit und die Nachbearbeitung.
Zuverlässigkeit überprüfen
Prüfung der thermischen Impedanz, der Isolierung und der Kontaktstabilität durch Ein- und Ausschaltzyklen, Vibrationstests und Alterungstests.
Technische Variablen
Was sollte vor der Probenahme festgelegt werden?
Die Auswahl des Leistungswerkstoffs wird verbessert, wenn die Probe den tatsächlichen Wärmefluss, die Spannung, den Oberflächenzustand, den Druck und das Zyklusprofil widerspiegelt. Geben Sie einen Bereich an, wenn die mechanische Konstruktion noch nicht endgültig festgelegt ist.
Die Gesamtleistung des Systems wird durch den gesamten Weg vom Übergangspunkt bis zum Kühlmittel bestimmt – und nicht durch einen einzelnen Wert aus dem Datenblatt.Geräteverluste und Temperatur
Dauer- und Spitzenleistung, Schaltfrequenz, Sperrschichtgrenze, Gehäusetemperatur und Kühlziel.
Spalt und Oberflächenbeschaffenheit
Klebefugenbereich, Ebenheit, Rauheit, Parallelität, Kontaktfläche, Durchbiegung der Grundplatte und Toleranzsumme.
Zunehmender Druck
Befestigungsmuster, Anzugsmoment, Klemmkraft, Druckverteilung, zulässige Gesamtbelastung und Wärmeausdehnung.
Elektrische Isolierung
Betriebsspannung, Stoßspannung, Durchschlagfestigkeit, Isolationsdicke, Kriechweg und Luftstrecke.
Zuverlässigkeitsprofil
Ein- und Ausschalten, Temperaturwechsel, Vibration, Feuchtigkeit, Alterung bei hohen Temperaturen und Lebensdauer im Feldbetrieb.
Herstellungsprozess
Bestückungs- oder Dosierverfahren, Auftragsmenge, Aushärtung, Taktzeit, Prüf- und Reparaturstrategie.
Fehlervermeidung
Konstruktion unter Berücksichtigung der Risiken, die nach der Montage auftreten
Die anfängliche thermische Leistung mag zwar akzeptabel erscheinen, doch nach mehreren Zyklen kommt es an der Schnittstelle zu Kontaktverlusten, einer Verringerung der Isolationsreserve oder einer Beeinträchtigung der Prozesswiederholbarkeit.
Übermäßige Dicke der Klebefuge
Ein zu dickes Material kann den Volumenwiderstand erhöhen, selbst wenn seine angegebene Leitfähigkeit hoch ist.
Auswahl der Dicke des Schreibblocks überprüfen →Ungleichmäßiger Druck oder Belastung der Verpackung
Die Position der Befestigungselemente, das Anzugsmoment und die Härte der Unterlegscheiben können zu Überhitzungsstellen führen oder Keramikgehäuse und Lötstellen überlasten.
Die Auswirkungen der Kompression verstehen →Unzureichende Isolationsreserve
Schnittkanten, Nadellöcher, Schwankungen in der Dicke und Alterung können dazu führen, dass die tatsächliche Isolationsleistung der Baugruppe hinter den Erwartungen für den Prüfkörper zurückbleibt.
Lesen Sie den Leitfaden zur elektrischen Isolierung →Fettabsaugung oder -wanderung
Durch thermische Ausdehnung und Ein- und Ausschaltzyklen kann sich das Schmierfett von der aktiven Schnittstelle wegbewegen und den Widerstand erhöhen.
Lebensdauer des Schmierfetts überprüfen →Schlechter Kontakt über ungleichmäßige Spalte hinweg
Ein Material mit dünner Grenzschicht kann große Höhenunterschiede, verzogene Platinen oder schräge Kühlkörper nicht ausgleichen.
Putty- und Pad-Formate vergleichen →Exotherme Reaktion beim Einbetten und Aushärtungsstress
Große Gussmengen können Wärme und Schrumpfspannungen im Bereich von Leiterplatten, Magnetkomponenten und Leistungskomponenten erzeugen.
Das Pflanzsystem planen →Leistungsstarke Plattformen
Unterschiedliche Systeme führen zu unterschiedlichen Prioritäten bei der Benutzeroberfläche
Topologie, Spannung, Schaltelement, Kühlverfahren, Lastzyklus und Gehäuse bestimmen das optimale Gleichgewicht zwischen Impedanz, Isolation und Herstellbarkeit.
Wechselrichter und Bordladegeräte für Elektrofahrzeuge
- Hohe Spannung und hoher Wärmefluss
- Vibration und Ein- und Ausschalten
- Kompakter, flüssigkeitsgekühlter Stapel
Industrieantriebe und Frequenzumrichter
- Lange Lebensdauer
- Robustes Gehäuse und Vibration
- Unterstützte Schnittstellen
Stromversorgungen und DC/DC-Wandler
- Unterschiedliche Höhen der Komponenten
- Magnetik und Halbleiterkühlung
- Kompakte Zwangsbelüftungssysteme
Treiber, Ladegeräte und Steuermodule
- Wärmeübertragung von der Leiterplatte zum Gehäuse
- Dielektrischer Schutz
- Automatisierte Serienfertigung
Validierungsplan
Prüfen Sie den fertigen Stapel, nicht nur den Materialprobekörper
Anhand der Testdaten lassen sich die Kandidaten miteinander vergleichen. Systemtests bestätigen, ob die Schnittstelle unter realen Druck- und Wechselbeanspruchungsbedingungen Temperatur, Isolierung und Kontakt aufrechterhält.
Übersicht über gängige TIM-Teststandards →Thermische Impedanz
Messen Sie die Leistung von Gehäuse zu Kühlmittel oder von Bauteil zu Kühlmittel bei tatsächlicher Dicke, Druck und Temperatur.
Druckverteilung
Überprüfen Sie das Drehmoment, die Klemmkraft, die Ebenheit und den Kontakt an der Schnittstelle, ohne die Baugruppe oder die Leiterplatte zu überbeanspruchen.
Elektrische Sicherheit
Überprüfen Sie nach der Montage und der Alterung die Durchschlagfestigkeit, den Isolationswiderstand und die Unversehrtheit der Schnittkanten.
Aus- und Wiedereinschalten
Verfolgen Sie die Veränderung des Wärmewiderstands durch Erwärmung des Bauteils, Ausdehnung und wiederholte Betriebszyklen.
Umweltbedingte Alterung
Bewerten Sie die Lagerung bei hohen Temperaturen, die Luftfeuchtigkeit, Vibrationen und die anwendungsspezifische chemische Belastung.
Produktionskapazität
Überprüfen Sie die Platzierung der Pads, die Fettmenge, die Dosiergenauigkeit, das Aushärtungsfenster sowie die Prüfung und Nachbearbeitung.
Vom Prototyp zur Serienfertigung
Die Materialleistung muss den Fertigungsprozess überstehen
Haktak kann Sie bei der Rezeptur und der Darreichungsform unterstützen. Teilen Sie uns bitte frühzeitig Montagezeichnungen, technische Einschränkungen, das Jahresvolumen, die Verpackungsgröße, die Platzierungsmethode und die Zuverlässigkeitsziele mit.
Maßgeschneiderte Rezeptur
Leitfähigkeit, Viskosität, Härte, dielektrische Eigenschaften, Aushärtungsverhalten und Temperaturstabilität anpassen.
Stanzverarbeitung
Liefern Sie Pads und Folien mit Löchern, Laschen, Trägerfolien und platzierungsfertiger Geometrie.
Unterstützung bei der Abgabe
Passen Sie die Verpackung von Schmierfett, Spaltfüller oder Klebstoff an die Wulst, die Dosiermenge, die Anlage und die Zykluszeit an.
Prototypenmuster
Vergleichen Sie Formate und Eigenschaftsbereiche, bevor Sie mit der endgültigen Werkzeugfertigung, der Validierung und der Produktionsfreigabe fortfahren.
Technische Ressourcen
Entwicklung einer strengeren Materialspezifikation für die Leistungselektronik
Nutzen Sie diese Leitfäden, um Materialformate zu vergleichen, die Schnittstellengeometrie festzulegen und einen praktischen Validierungsplan zu erstellen.
So wählen Sie Wärmeleitpads für die Leistungselektronik aus
Stellen Sie einen Zusammenhang zwischen Spalt, Druck, Isolierung und Zuverlässigkeit einerseits und der Dicke und Härte der Dichtungsplatte andererseits her.
Lesen Sie den Leitfaden zur Leistungselektronik →Keramikplatten im Vergleich zu Wärmepads
Vergleichen Sie die Kompromisse hinsichtlich Steifigkeit, Isolierung, Anpassungsfähigkeit und Fertigung bei IGBT- und MOSFET-Systemen.
Isolationsformate vergleichen →Wärmeleitpaste für Hochleistungsverstärker
Untersuchung der Benetzung und Stabilität dünner Grenzschichten in anspruchsvollen, festgeklemmten Leistungsbaugruppen.
Lesen Sie den Leitfaden für Hochleistungsanwendungen →Wärmewiderstand vs. Wärmeimpedanz
Verstehen Sie, wie sich Material, Kontakt- und Testbedingungen auf die angegebenen Grenzflächenleistungen auswirken.
Thermal Metrics anzeigen →Wie sich die Dicke der Klebefuge auf die Leistung auswirkt
Erfahren Sie, warum die Enddicke bei jedem Materialvergleich zwischen Fall und Senke berücksichtigt werden muss.
Auswirkungen der Bond-Line überprüfen →Haktak-Materialprodukte entdecken
Informieren Sie sich über die verfügbaren Produktfamilien im Bereich Thermoprodukte und Klebstoffe sowie über die einzelnen Typen.
Alle Produkte anzeigen →Häufig gestellte Fragen
Häufig gestellte Fragen zu thermischen Materialien für die Leistungselektronik
Die endgültige Auswahl sollte im tatsächlichen Modul, am Kühlkörper, bei der Spannung und im Montageaufbau validiert werden.
Welches Wärmeleitmaterial eignet sich am besten für ein IGBT-Modul?
Wärmeleitpaste, Phasenwechselmaterial und elektrisch isolierende Wärmeleitpads sind gängige Optionen. Die richtige Wahl hängt von der Ebenheit, der Dicke der Klebefuge, dem Anpressdruck, der Spannungsisolierung, dem Auspumprisiko und den Anforderungen an die Fertigung ab.
Sollte ich für ein Leistungsmodul Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitpad verwenden?
Verwenden Sie Fett für eine dünne, ebene und fest geklemmte Kontaktfläche, bei der ein geringer Kontaktwiderstand im Vordergrund steht. Verwenden Sie ein Polster, wenn bei der Montage eine Spaltfüllung, eine definierte Dicke, eine saubere Platzierung oder eine zusätzliche dielektrische Isolierung erforderlich ist.
Ist eine höhere Wärmeleitfähigkeit für die Leistungselektronik immer besser?
Nein. Die Endimpedanz hängt auch von der Dicke, dem Druck, der Benetzung und dem Kontaktwiderstand ab. Ein hochleitfähiges Material kann eine schlechtere Leistung erbringen, wenn es zu dick, zu fest oder durch Zyklusspannungen instabil ist.
Wie wird die elektrische Isolierung an der thermischen Schnittstelle bewertet?
Überprüfen Sie die Betriebs- und Stoßspannung, die Durchschlagfestigkeit, die Dicke, den Kriechweg, den Luftabstand und die Geometrie der Schnittkanten. Die Validierung sollte das montierte Bauteil nach Kompression, Zyklusbelastung und Umgebungsalterung umfassen.
Wie lässt sich das Auspumpen von Wärmeleitpaste reduzieren?
Achten Sie auf ein kontrolliertes Dosiervolumen, eine stabile Klemmung, eine geeignete Viskosität und eine Formulierung, die für den erwarteten Bereich der Ein- und Ausschaltzyklen validiert wurde. Auch die Oberflächenebenheit und thermische Ausdehnungsunterschiede beeinflussen die Migration.
Welche Informationen benötigt Haktak für eine Empfehlung?
Geben Sie den Gerätetyp, die Verluste, die Kontaktfläche, den Spalt, den Oberflächenzustand, den Anpressdruck, die Spannung, die Zieltemperatur, das Zyklusprofil, das Herstellungsverfahren und das erwartete Volumen an.
Beginnen Sie mit dem kompletten Power-Stack
Senden Sie die Daten zu Wärmebelastung, Spannung, Spaltmaß und Montageverfahren
Haktak kann Ihnen dabei helfen, Wärmeleitpads, Wärmeleitpaste, Phasenwechselmaterialien, Spaltfüller, Klebstoffe und Vergusssysteme für die gesamte Leistungselektronik-Baugruppe zu vergleichen.