Silikon-Wärmeleitpads für Elektronik, EV-Batterien und Leistungsmodule

Ein Silikon-Wärmeleitpad ist ein vorgehärtetes, komprimierbares thermisches Schnittstellenmaterial aus Silikonelastomer und wärmeleitendem Füllstoff. Es füllt einen definierten Spalt zwischen einer Wärmequelle und einer Kühlfläche, verdrängt wärmeisolierende Luft, passt sich Unebenheiten an und kann elektrische Isolierung sowie mechanische Dämpfung bieten.

Viele Silikon-Wärmeleitpads verwenden elektrisch isolierende keramische Füllstoffe und weisen einen hohen spezifischen Durchgangswiderstand auf. Allerdings ist nicht jedes gefüllte Pad automatisch für die elektrische Isolierung geeignet. Bestätigen Sie die Durchschlagsfestigkeit, die Dicke, das Prüfverfahren, den Zustand der Schnittkanten, das Durchstoßrisiko sowie die Kriech- und Luftstrecken nach der Montage und Alterung.

Messen Sie die minimale, nominale und maximale Spaltbreite im montierten Zustand und berücksichtigen Sie dabei Ebenheit, Verzug, Bauteilhöhe, Befestigungselemente und Materialtoleranzen. Wählen Sie eine Nenndicke, die bei maximaler Spaltbreite den erforderlichen Kontakt gewährleistet, ohne bei minimaler Spaltbreite den zulässigen Druck auf die Bauteile zu überschreiten. Überprüfen Sie die komprimierte Dicke und die Temperatur an der tatsächlichen Baugruppe.

Messen Sie die geschlossene Baugruppe unter seriennahen Bedingungen, statt sich ausschließlich auf die Abmessungen der Einzelteile zu verlassen. Verwenden Sie geeignete Spaltlehren, Abdruckmaterialien, messtechnische Verfahren oder Schnittuntersuchungen, ohne die Teile in eine andere Position zu zwingen. Messen Sie an mehreren Stellen und an mehreren Baugruppen. Berücksichtigen Sie anschließend Schwankungen bei Bauteilhöhe, Lot, PCB, Beschichtung, Deckel, Befestigungselementen, Ebenheit und Verzug. Dokumentieren Sie die minimalen, nominalen und maximalen Werte, da sich der zulässige Kompressionsbereich nicht anhand einer einzigen durchschnittlichen Spaltbreite bestimmen lässt.

Es gibt keinen universell gültigen Prozentsatz. Der richtige Bereich hängt von der Druck-Verformungs-Kurve, Dicke, Fläche, Trägerfolie und Oberfläche des Pads sowie von den Kontaktanforderungen und den konstruktiven Grenzwerten der Baugruppe ab. Nutzen Sie die Lieferantendaten und prüfen Sie die minimalen und maximalen Toleranzlagen mit serienmäßigen Befestigungselementen oder Federn.

Nein. Der resultierende Wärmewiderstand hängt auch von der Dicke, dem Anpressdruck, der Benetzung, der Oberflächenrauheit, Lufteinschlüssen, der Kontaktfläche und dem Kühlkörper ab. Ein dünneres, weicheres Pad mit stabilem Kontakt kann in einer bestimmten Baugruppe bessere Ergebnisse erzielen als ein dickeres Pad mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Vergleichen Sie die Bauteiltemperatur oder die thermische Impedanz unter identischen Randbedingungen.

Es handelt sich um unterschiedliche Eindringhärteskalen für Werkstoffe mit unterschiedlicher Weichheit; die Werte sind daher nicht direkt vergleichbar. Für sehr weiche Gap-Filler wird häufig Shore 00 verwendet, für festere, gummiartige Platten dagegen Shore A. Die Härte ist lediglich ein Wert zur Vorauswahl und ersetzt keine Druck-Verformungs-Daten.

Durch das Stapeln entsteht eine zusätzliche thermische Grenzfläche, die Dickentoleranz nimmt zu und die Lagen können sich unabhängig voneinander bewegen. Zudem kann eine nicht vorhersehbare Druckverteilung entstehen. Ein einzelnes Pad mit der richtigen Dicke oder ein anderes Spaltfüllmaterial lässt sich in der Regel leichter kontrollieren. Ist das Stapeln unvermeidbar, muss der exakte Schichtaufbau qualifiziert werden.

Eine Haftklebstoffschicht fügt zusätzliches Material und eine weitere Grenzfläche hinzu und kann daher den Wärmewiderstand beeinflussen. Das Ausmaß hängt vom Klebstoff, von der Dicke, dem Bedeckungsgrad, dem Druck und der Oberfläche ab. Verwenden Sie PSA nur, wenn der Vorteil bei der Positionierung dies rechtfertigt, und prüfen Sie den gelieferten Schichtaufbau.

Die Eigenhaftung bezeichnet die Oberflächenklebrigkeit des Silikonpads und kann die Benetzung oder vorübergehende Positionierung erleichtern. PSA ist eine separate Haftklebstoffschicht, die das Pad auf einer Oberfläche fixiert. Weder die Eigenhaftung noch die Haftklebstoffschicht darf als Ersatz für die endgültige mechanische Klemmung angesehen werden, die zur Aufrechterhaltung der Kompression erforderlich ist.

In der Regel nicht. Die Eigenhaftung und eine gängige rückseitige PSA-Beschichtung dienen in erster Linie als Positionierungshilfen und nicht zur strukturellen Fixierung eines Kühlkörpers bei Stoß- und Vibrationsbelastungen, Schwerkrafteinwirkung und Temperaturwechseln. Die fertige Konstruktion sollte Schrauben, Klammern, Federn, einen Deckel oder ein anderes qualifiziertes mechanisches System verwenden, um die Kompression aufrechtzuerhalten. Ist eine dauerhafte Verklebung erforderlich, sollten ein wärmeleitfähiger Klebstoff sowie die daraus resultierenden Anforderungen an mechanische Spannungen, Nacharbeit und Aushärtung geprüft werden.

Eine Verstärkung ist hilfreich, wenn dünnes oder weiches Material das Stanzen, die Handhabung, Durchstech- und Scherbeanspruchungen oder wiederholte Montagevorgänge überstehen muss. Sie kann die Formstabilität im Bereich von Bohrungen und Befestigungselementen verbessern. Allerdings kann ein Trägermaterial die lokale Anpassungsfähigkeit verringern oder das Kompressionsverhalten verändern. Daher sollte der vollständige Aufbau geprüft werden.

Silikonformulierungen können unter Wärme- und Druckeinwirkung unterschiedlich stark Öl ausscheiden, migrieren oder flüchtige Bestandteile verlieren. Bei empfindlichen optischen Bauteilen, Kontakten, Relais, Beschichtungen oder Sichtflächen kann ein ausblutungsarmes Silikon oder ein silikonfreies Material erforderlich sein. Legen Sie einen messbaren Grenzwert fest und prüfen Sie das konkrete Pad nach einer praxisgerechten Alterung.

Ziehen Sie silikonfreie Pads in Betracht, wenn Siloxanverunreinigungen, Beschlagen, Beschichtungsfehler, elektrische Kontakte oder Kundenanforderungen den Einsatz von Silikon ausschließen. Vergleichen Sie Temperaturbereich, Weichheit, Dicke, Wärmeleitfähigkeit, Kosten und Langzeitverhalten. Siehe Unterschiede zwischen silikonhaltigen und silikonfreien Wärmeleitpads.

Die Wiederverwendbarkeit hängt von Druckverformungsrest, Einrissen, Verunreinigungen, Oberflächenklebrigkeit, Folienaufbau sowie davon ab, ob das Pad wieder an seiner ursprünglichen Position eingesetzt und mit derselben Kompression beaufschlagt wird. Ein äußerlich unbeschädigtes Pad weist möglicherweise nicht mehr dieselbe Dicke oder denselben Kontakt auf. Legen Sie Prüfkriterien fest; bei sicherheits- oder zuverlässigkeitskritischen Baugruppen ist üblicherweise ein Austausch erforderlich.

Spannungsrelaxation bezeichnet die Abnahme der Kraft, während das Pad bei einer festgelegten Dicke komprimiert bleibt. Der Druckverformungsrest beschreibt die unvollständige Rückstellung des Pads nach Entlastung. Die Relaxation kann die langfristige Belastung der Bauteile verringern, die Grenzfläche muss jedoch einen ausreichenden Kontakt aufrechterhalten; der Druckverformungsrest kann die Wiederverwendung oder den Kontakt nach erneutem Öffnen eines Deckels einschränken. Beide Eigenschaften sollten bei der vorgesehenen Temperatur, Haltezeit, Kompression und Alterungsabfolge bewertet werden.

Bewahren Sie die Pads in der versiegelten Originalverpackung gemäß den Vorgaben des Lieferanten zu Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Lagerbeständigkeit auf. Schützen Sie Trennfolien und Oberflächen vor Staub, Öl, UV-Strahlung, Druckverformung und Kantenschäden. Stellen Sie die Chargenrückverfolgbarkeit sicher, wenden Sie das First-in-first-out-Prinzip an und qualifizieren Sie Material erneut, wenn die Lager- oder Expositionsgrenzwerte überschritten wurden.

Pads können auf einem Träger angestanzt, als Einzelteile vollständig ausgestanzt, auf Bögen oder Rollen geliefert und mit Abziehlaschen oder Trennfolien versehen werden. Die Werkzeugauslegung hängt von Dicke, Weichheit, Trägermaterial und Geometrie ab. Fertigungsgerechte Eckenradien und Stegbreiten verbessern die Materialausbeute und Bauteilintegrität; für kritische Maße ist eine abgestimmte Prüfmethode erforderlich.

Geben Sie die Zeichnung der Schnittstelle, den min/nom/max Spalt, die Ebenheit, die Wärmelast, die Kontaktfläche, die thermische Randbedingung der Kühlung, die zulässige Druckbelastung, die elektrischen und umgebungsbezogenen Anforderungen, die Bauteilgeometrie, die Ausführung von Trennfolie und Abziehlasche, die Mustermenge sowie das prognostizierte Volumen an. Kennzeichnen Sie Schätzwerte eindeutig, damit sie während der Prüfung präzisiert werden können.