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Leitfaden für thermische Grenzflächenmaterialien

Thermische Grenzflächenmaterialien (TIMs)spielen eine wichtige Rolle bei der Wärmeleitung zwischen zwei oder mehreren festen Oberflächen.

Es ist wie mit dem perfekten Sandwich - gerade wenn man denkt, man hat es geschafft, beißt man hinein und es ist leer. Wärmeschnittstellenmaterialien sind ähnlich wie die versteckten Elemente eines Sandwichs. Sie spielen eine wichtige Rolle.

Wärmeschnittstellenmaterialien spielen eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der Sicherheit und Funktionalität von elektronischen Bauteilen. Sie füllen die Lücke zwischen zwei Oberflächen, verbessern die Effizienz der Wärmeübertragung und schützen die elektronischen Bauteile. Dadurch wird die Leistung des gesamten Wärmemanagementsystems verbessert.

In diesem Leitfaden über Wärmeschnittstellenmaterialien werden wir Ihnen helfen, die grundlegenden Konzepte von Wärmeschnittstellenmaterialien zu verstehen. Wir erklären auch die verschiedenen Materialtypen. Schließlich behandeln wir die wichtigsten Faktoren, die bei der Auswahl eines TIM für eine bestimmte Anwendung zu berücksichtigen sind.

Inhaltsübersicht

Was sind Wärmeleitmaterialien?

Wärmeschnittstellenmaterialien (TIMs) spielen eine Schlüsselrolle beim Wärmemanagement von elektronischen Geräten. Sie sind eine kostengünstige, energieeffiziente passive Wärmemanagementlösung. TIMs sind so konzipiert, dass sie die Betriebstemperatur von elektronischen Geräten und Komponenten effektiv aufrechterhalten.

Es ist eine breite Palette von TIMs erhältlich. Dazu gehören Phasenwechselmaterialien, Lückenfüller und wärmeleitende Fette. Es gibt auch weniger gängige Materialien.

Sie dienen der Wärmeübertragung zwischen den Oberflächen von zwei oder mehr elektronischen Bauteilen. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Temperatur von elektronischen Geräten.

Leitfaden für thermische Grenzflächenmaterialien

Arten von Wärmeleitmaterialien

Verschiedene thermische Schnittstellen werden verwendet, um spezifische Anforderungen an das Wärmemanagement in verschiedenen Branchen zu erfüllen. Zu den gebräuchlichsten Arten gehören wärmeleitende Bänder, Fette, Gele, wärmeleitende Klebstoffe, dielektrische Pads, Phasenwechselmaterialien und hochentwickelte Materialien. Im Folgenden werden die wichtigsten Typen vorgestellt, damit Sie eine fundierte Auswahl für verschiedene Anwendungen treffen können.

Wärmeleitende Bänder

Wärmeleitende Klebebänder werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt. Sie werden als Kühlkörperverbindung mit mechanischer Stabilität und Klebeeigenschaften verwendet.

Wärmeleitende Bänder benötigen nur Druck, um zu funktionieren. Sie haben im Vergleich zu anderen alternativen Schnittstellenmaterialien sehr geringe Anforderungen an die Hardware.

Es wird häufig verwendet, um LED-Leuchten und Halbleitergehäuse auf Kühlkörperoberflächen zu kleben. Für Ball Grid Array (BGA)-Gehäuse mit konkaven Oberseiten ist es jedoch normalerweise nicht geeignet.

Pasten, Spachtelmassen, Gele und Fette

Diese Produkte werden in einem flüssigen Zustand bei Raumtemperatur hergestellt. Sie werden verwendet, um unregelmäßige Oberflächen oder Lücken zwischen nicht berührenden Oberflächen zu füllen. Fette werden in dünnen Schichten aufgetragen, um den Wärmewiderstand zwischen Oberflächen zu verringern.

Diese Produkte sind in der Regel so konzipiert, dass sie von vornherein nicht leitend sind, oder je nach Anforderung leitend. Ihre Verwendung in elektronischen Geräten, die eine Isolierung erfordern, kann jedoch problematisch sein. Die Ingenieure müssen frühzeitig über mögliche Probleme informiert werden.

Materialien mit Phasenwechsel

Phasenwechselmaterial (PCM) bei niedrigeren Temperaturen, typischerweise im Bereich von 131 bis 149°F, vom festen in den flüssigen Zustand übergehen. Sie sind eine Alternative zu fettbasierten Grenzflächenmaterialien.

Dank ihrer einzigartigen Phasenwechseleigenschaften sind sie leichter zu handhaben und zu verarbeiten. Außerdem behalten sie die Benetzungseigenschaften von Flüssigkeiten bei höheren Betriebstemperaturen bei.

Diese Eigenschaft ermöglicht es PCM, einen saubereren manuellen Prozess ohne Trocknungsprobleme zu erreichen. Und sie können in Zukunft vormontiert werden.

Verguss- und Flüssigklebstoffe

Thermoklebstoffe sind Klebstoffe, die für die gleichzeitige Übertragung von Wärme ausgelegt sind. Sie können in Form von druckempfindlichen Klebebändern, druckempfindlichen Folien oder flüssig ausgehärteten Formen vorliegen. Thermische Vergussmassen werden in erster Linie für eine schützende Verkapselung verwendet. Sie ermöglichen auch die Wärmeübertragung vom Inneren des Systems zum Gehäuse. Heißvergussmassen können nach dem Aushärten eine Vielzahl von Klebe- und mechanischen Eigenschaften aufweisen, wobei einige sogar eine gummiartige und weiche Textur behalten, wenn sie vollständig ausgehärtet sind.

Wärmeleitpaste wird auf den Laptop-Prozessor aufgetragen

Fortschrittliche Materialien

Es handelt sich um eine neue Art von wärmeleitendem Material. Es basiert auf einer relativ neuen Zusammensetzung von thermischen Materialien. Diese Materialien basieren auf pyrolytischem Graphit, der ungewöhnliche anisotrope Eigenschaften aufweist.

Diese Materialien eignen sich für die Übertragung von Wärme in engen Räumen. Außerdem sind sie flexibel und mäßig leitfähig.

Sie sind besonders nützlich für moderne Verbrauchergeräte und -anwendungen. Hochwertige Lösungen für das Wärmemanagement sind gefragt.

Lückenfüller: Überlegungen zu den Abmessungen

Bei der Auswahl des richtigen Wärmeleitmaterials müssen Sie die Abmessungen der Anwendung genau kennen. Vermeiden Sie Fehlentscheidungen, insbesondere beim Auffüllen von Spalten. Die thermische Schnittstelle ist der winzige Raum zwischen dem Kühlkörper und dem Bauteil. Das dort verwendete Wärmeleitmedium ist TMI.

Thermische Schnittstellen sind in der Regel sehr klein und werden in der Regel in Mikrometern gemessen. Bei Anwendungen zur Spaltfüllung geht es eher um den Abstand zwischen dem Element und dem Metallgehäuse, das die elektronische Baugruppe umschließt. Dieser Abstand wird in der Regel in Millimetern gemessen.

Der Größenunterschied zwischen Millimetern und Mikrometern ist entscheidend für die Leistung des gewählten wärmeleitenden Materials. Die Auswahl eines geeigneten wärmeleitenden Materials kann dazu beitragen, die Gefahr einer Überhitzung elektronischer Geräte zu minimieren.

Bei der Auswahl eines Spaltfüllmaterials ist darauf zu achten, dass es leitfähig und schmal genug für die Anwendung ist. Viele Spaltfüller bestehen aus Silikon, da Silikon variabel und wärmeleitend ist. Außerdem können einige Wärmeleitpads Keramikpulver enthalten, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern.

Epoxide und Kautschuke haben wie Silikonkautschuke in der Regel eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Daher werden sie hauptsächlich zur elektrischen Isolierung von Geräten verwendet. Sie werden auch verwendet, um Geräte während der Wärmeableitung zu verbinden. Bei der Auswahl eines Materials zum Füllen eines Spalts muss dessen Wärmeleitfähigkeit und Eignung sorgfältig geprüft werden.

Thermisch leitende Pads und Paste

Bei der Wahl eines wärmeleitenden Materials gibt es eine Vielzahl von Optionen, wie z. B. wärmeleitende Pads und Pasten. Die Entscheidung, welche Art von wärmeleitendem Material Sie wählen, hängt von Faktoren wie Ihrer Anwendung, dem Produktionsdesign und den wichtigsten Eigenschaften ab, die erreicht werden müssen.

Die Wahl des Wärmeleitpads oder der Wärmeleitpaste hängt davon ab, ob der Kühlkörper durch ein Zwischenmaterial fixiert werden muss. Wenn dies der Fall ist, kann eine Klebemasse, wie z. B. ein wärmeleitendes Pad, die bessere Wahl sein.

Thermisch leitfähige Pads bieten einen zusätzlichen Vorteil. Sie sind oft bereits auf die richtige Größe zugeschnitten, um eine reibungslosere Anwendung zu gewährleisten.

Es ist jedoch zu beachten, dass beide Optionen eine dickere Zwischenschicht und einen höheren Wärmewiderstand mit sich bringen. Bei der Abwägung der Optionen muss man die Leistungsanforderungen der gewählten Verbindung berücksichtigen. Auch die Kenntnis der Anwendungsbedingungen muss berücksichtigt werden.

Unterschiedliche thermische Anforderungen und Umweltbedingungen können dazu führen, dass eine der beiden Optionen für eine bestimmte Situation besser geeignet ist.

Die Wahl des richtigen TIM für Ihre Anwendung

Beachten Sie die folgenden Schlüsseleigenschaften bei der Auswahl des richtigen Wärmeleitmaterials (TIM) für Ihre Anwendung.

Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeleitfähigkeit eines TIM ist ein wichtiger Indikator dafür, wie viel Wärme das TIM durch die Schnittstelle übertragen kann. Materialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit bieten in der Regel eine bessere Wärmeübertragungsleistung. Dies ist ein wichtiger Faktor, der beim Vergleich verschiedener TIM-Materialien zu berücksichtigen ist.

Einfache Anwendung und Installation: Auch die Kosten für die Anwendung und den Einbau beeinflussen die Wahl des TIM. Beispielsweise erfordert die Verwendung einer Vergussmasse als TIM einige zusätzliche Verfahren zur Sicherung der Bauteile. Dies verlängert die Montagezeit. An diesem Punkt kann es sein, dass wärmeleitendes Klebeband eine bessere Option ist. Daher müssen bei der Wahl eines TIM auch die Gesamtkosten berücksichtigt werden.

Leistungszuverlässigkeit: Das TIM sollte während des gesamten Lebenszyklus des elektronischen Geräts beständig und zuverlässig funktionieren. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen, die eine langfristige Zuverlässigkeit erfordern. Dies gilt zum Beispiel für Avionik- und Telekommunikationsgeräte. Daher sollte das TIM so ausgewählt werden, dass es zuverlässig und stabil ist. Es sollte die Aufrechterhaltung der optimalen Leistung des elektronischen Geräts langfristig unterstützen.

Kompatibilität mit Kühlkörpermaterialien: Die Kompatibilität ist ein Faktor, der leicht übersehen werden kann. In einigen Fällen kann sie erhebliche Probleme verursachen. Die Überprüfung der Kompatibilität des TIM mit den verwendeten Wärmeleitklebern oder Kühlkörpermaterialien ist eine wichtige Aufgabe. Sie verhindert mögliche nachteilige Auswirkungen.

Umweltfaktoren: Umweltfaktoren und mögliche thermische Schwankungen müssen vor der Auswahl eines TIM berücksichtigt werden. Prüfen Sie die Leistung des TIMs unter verschiedenen Umgebungsbedingungen. Stellen Sie sicher, dass das TIM in einer Vielzahl von Umgebungen zuverlässig funktioniert.

Anwendungen von thermischen Grenzflächenmaterialien

Wärmeleitmaterialien sind eine Schlüsselkomponente effizienter Wärmemanagementsysteme. Sie werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, um eine wirksame Wärmeableitung von elektronischen Geräten zu gewährleisten und örtlich begrenzte Temperaturüberlastungen zu verhindern. Nachfolgend sind einige der wichtigsten Branchen aufgeführt, in denen Wärmeschnittstellenmaterialien verwendet werden:

Telekommunikation: Geräte der Telekommunikationsbranche arbeiten in der Regel in hochintegrierten Umgebungen mit hoher Leistungsdichte. TIMs werden in Telekommunikations-Basisstationen und Kommunikationsgeräten eingesetzt. Sie werden auch in Glasfaserkommunikationsgeräten eingesetzt. TIMs sorgen dafür, dass die Wärme effizient übertragen und abgeleitet wird, um sichere Betriebstemperaturen zu gewährleisten.

Diener: Hochleistungscomputer in Servern und Rechenzentren erzeugen eine Menge Wärme. TIMs spielen eine wichtige Rolle in der Zentraleinheit (CPU) des Servers, der Grafikeinheit (GPU) und anderen Komponenten zur Wärmeableitung. Sie erhalten die Stabilität und Leistung der Geräte.

Spielen: Hochleistungsgrafikprozessoren in der Spieleindustrie benötigen ein effektives Wärmemanagementsystem, um eine Überhitzung des Geräts zu verhindern. TIMs werden häufig in Spielkonsolen, Grafikkarten und anderen Spielgeräten eingesetzt. Sie sorgen dafür, dass diese Geräte auch bei hoher Belastung die richtige Betriebstemperatur halten.

Automobilindustrie: Moderne Kraftfahrzeuge enthalten eine wachsende Zahl elektronischer Geräte. Dazu gehören Motorsteuergeräte, Infotainmentsysteme und Fahrerassistenztechnologien. TIMs sorgen dafür, dass diese elektronischen Komponenten in einem breiten Temperaturbereich im Fahrzeuginneren ordnungsgemäß funktionieren.

Luft- und Raumfahrt: Der Luft- und Raumfahrtsektor stellt hohe Anforderungen an die Temperaturkontrolle elektronischer Geräte. TIMs spielen eine Schlüsselrolle in den elektronischen Abteilungen, Navigationssystemen und Kommunikationsgeräten in Flugzeugen und Raumfahrzeugen. Sie sorgen dafür, dass die Geräte in extremen Umgebungen zuverlässig funktionieren.

Einbau von Speicher und Prozessor unter Verwendung von thermischen Schnittstellenmaterialien

Schlussfolgerung

Thermische Grenzflächenmaterialien (TIMs) sind ein wesentliches Schlüsselelement in verschiedenen Branchen. Sie bieten zuverlässige Unterstützung für effiziente Wärmemanagementsysteme. Von der Telekommunikation bis hin zu Servern, Spielen, Automobilen und der Luft- und Raumfahrt spielen sie eine nicht unwesentliche Rolle. Sie sorgen dafür, dass elektronische Geräte in Umgebungen mit hoher Leistung und hoher Beanspruchung die Wärme effektiv ableiten können. Außerdem verhindern sie örtliche Temperaturüberlastungen und halten einen sicheren Betriebstemperaturbereich für die Geräte aufrecht.

Als professioneller Hersteller, Trumonytechs arbeitet eng mit unseren Kunden zusammen. Sie kennen deren Vorlieben für Materialtypen und Anwendungen. Sie testen ständig. Wir setzen alles daran, unsere Kunden bei der Suche nach dem am besten geeigneten TIM für ihre Bedürfnisse zu unterstützen. verpflichtet, leistungsstarke Qualitätsprodukte zu liefern.

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