{"id":33637,"date":"2026-08-31T09:25:20","date_gmt":"2026-08-31T09:25:20","guid":{"rendered":"https:\/\/trumonytechs.com\/?p=33637"},"modified":"2026-09-28T02:55:54","modified_gmt":"2026-09-28T02:55:54","slug":"fortschritte-bei-silikonfreien-warmeleitmaterialien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.trumonytechs.com\/de\/advances-in-silicone-free-thermal-interface-materials\/","title":{"rendered":"Fortschritte bei silikonfreien thermischen Grenzfl\u00e4chenmaterialien"},"content":{"rendered":"

Silikonfreie W\u00e4rmeleitmaterialien finden in Akkupacks \u00fcberall dort Verwendung, wo Silikon austreten oder ausgasen und so den W\u00e4rmepfad zwischen Zelle und K\u00fchlmittel gef\u00e4hrden k\u00f6nnte. F\u00fcr einen W\u00e4rmeingenieur eines Akkupacks stellt sich die Frage: Enth\u00e4lt die Baugruppe Oberfl\u00e4chen, Sensoren oder Klebeverbindungen, die durch Silikonverunreinigungen beeintr\u00e4chtigt werden k\u00f6nnen? Und kann eine silikonfreie Technologie die W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit \u00fcber die Spalten und trotz der Alterung des Moduls gew\u00e4hrleisten? Dieser Artikel beleuchtet die tats\u00e4chlichen Fortschritte bei silikonfreien Materialien. thermische Grenzfl\u00e4chenmaterialien<\/a>, wie sie sich im Vergleich zu Silikontypen hinsichtlich der auswahlentscheidenden Variablen verhalten und wo sie in einem fl\u00fcssigkeitsgek\u00fchlten Elektrofahrzeug oder Energiespeicher eingesetzt werden k\u00f6nnen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Warum Silikonausbluten und -ausgasung den W\u00e4rmepfad der Batterie gef\u00e4hrden<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Ein h\u00e4ufig auftretender Fehler bei thermischen Schnittstellenmaterialien aus Silikon ist die Migration. Niedermolekulare Siloxane k\u00f6nnen unter Hitze, Kompression und niedrigem Druck verdampfen oder austreten und sich anschlie\u00dfend auf benachbarten Oberfl\u00e4chen ablagern. In einem Batteriemodul verl\u00e4uft der W\u00e4rmepfad von der Zellwand durch das Schnittstellenmaterial zu einer K\u00fchlplatte. \u00d6l, das auf die Dichtfl\u00e4che der K\u00fchlplatte, eine Sensorlinse oder eine Leiterplatte gelangt, kann den Oberfl\u00e4chenwiderstand und die Durchbruchspannung verringern oder sp\u00e4tere Klebe- und Reinigungsprozesse beeintr\u00e4chtigen. Mehrere Materialquellen beschreiben denselben Mechanismus, weshalb er bei der Konstruktion empfindlicher Silikonbaugruppen ber\u00fccksichtigt werden muss.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Die Vermeidung von Verunreinigungen ist der praktische Grund, warum in manchen Produktionslinien silikonfreie Chemie vorgeschrieben sein kann. Werden f\u00fcr silikonbasierte und silikonfreie Prozesse dieselben Werkzeuge verwendet, k\u00f6nnen austretende Siloxanreste L\u00f6tstellen und Klebeverbindungen an anderen Bauteilen verunreinigen. Teams entscheiden sich daher m\u00f6glicherweise f\u00fcr silikonfreie, VOC-arme Formulierungen, wenn strenge Reinheits- oder Klebeanforderungen f\u00fcr nachgelagerte Prozesse gelten. Entscheidend sind die Prozessreinheit und die Reparierbarkeit. Behauptungen, Silikon sei bei einem festgelegten ppm-Grenzwert toxisch, sind hier nicht haltbar und sollten vor ihrer Weiterverbreitung von einer Normungsorganisation \u00fcberpr\u00fcft werden.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Silikon eignet sich nach wie vor f\u00fcr die meisten g\u00e4ngigen Elektronikbauteile, die Wahl h\u00e4ngt also vom jeweiligen Anwendungsfall ab. Wenn ein Modul keine freiliegenden optischen Bauteile, keine \u00f6lempfindlichen Sensoren und keine nachgelagerten Verbindungen aufweist, die durch austretendes \u00d6l besch\u00e4digt werden k\u00f6nnten, sind herk\u00f6mmliche Silikonmaterialien wie beispielsweise \u2026 w\u00e4rmeleitendes Silikonfett<\/a> Die Verwendung von Silikonmatten bleibt weiterhin sinnvoll. Die Argumente f\u00fcr einen Verzicht auf Silikon gewinnen an Bedeutung, wenn eine Baugruppe kontaminationsempfindliche Oberfl\u00e4chen aufweist oder strengere Reinheitsvorschriften gelten.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Welche Ver\u00e4nderungen ergeben sich durch \u201cSilikonfreiheit\u201d in der TIM-Chemie?<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

\u201cSilikonfrei\u201d beschreibt die Matrix, nicht den F\u00fcllstoff, daher bleibt der w\u00e4rmeleitende Anteil des Materials weitgehend unver\u00e4ndert. Diese Systeme ersetzen das Polysiloxan-Grundger\u00fcst durch Acryl-, Polyurethan- oder silylmodifizierte Polymere. Die W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit stammt weiterhin von den in der Matrix dispergierten Keramik- oder Metallf\u00fcllstoffen. Der Verzicht auf Silikon erh\u00f6ht oder senkt die W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit daher nicht automatisch; vielmehr sind die Zusammensetzung und die Menge des F\u00fcllstoffs entscheidend.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Die Formatoptionen entsprechen weitgehend dem Silikonsortiment, wodurch die Montageverfahren vertraut bleiben. Silikonfreie Materialien sind als Spaltf\u00fcller, Spaltpads, w\u00e4rmeleitende Klebstoffe und Fette erh\u00e4ltlich. Ein Team kann in der Regel einen bestehenden Prozess nachbilden, sei es das Auftragen eines Formf\u00fcllers oder das Platzieren von Stanzteilen. Thermopads<\/a>. Das Aush\u00e4rtungsverhalten \u00e4ndert sich mit der chemischen Zusammensetzung: Einige silikonfreie Systeme h\u00e4rten nicht aus und erm\u00f6glichen eine sofortige Leistungssteigerung, w\u00e4hrend reaktive Zweikomponentenklebstoffe eine l\u00e4ngere Offenzeit gegen eine h\u00f6here strukturelle Bindungsfestigkeit eintauschen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Chemische Forschungsarbeiten zielen darauf ab, die Leitf\u00e4higkeit durch gezielte Gestaltung des F\u00fcllstoffnetzwerks zu erh\u00f6hen. Zu den untersuchten Systemen geh\u00f6ren orientierte Keramik- oder Kohlenstoffstrukturen, Poly(ionische Fl\u00fcssigkeits)-Matrizen, die hinsichtlich ihrer Grenzfl\u00e4chenhaftung erforscht werden, und Fl\u00fcssige thermische Grenzfl\u00e4chenmaterialien<\/a> Diese Verbindungen kombinieren fl\u00fcssiges Metall mit festen Partikeln, um ein leitf\u00e4higes Netzwerk zu bilden. Es handelt sich hierbei um Hinweise, die beachtet werden sollten, nicht um verbindliche Spezifikationen. Jeder gemeldete Wert f\u00fcr Leitf\u00e4higkeit oder Elastizit\u00e4tsmodul sollte als unbest\u00e4tigt betrachtet werden, bis er durch ein Datenblatt und eine zweite Quelle untermauert wird.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Silikonfreie vs. silikonhaltige W\u00e4rmeleitpasten: Vor- und Nachteile im Vergleich<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Silikonfreie Werkstoffe verbessern zwar das Kontaminationsrisiko und das dielektrische Verhalten, k\u00f6nnen aber die Langzeitbest\u00e4ndigkeit beeintr\u00e4chtigen. Jede dieser Eigenschaften muss daher produktspezifisch \u00fcberpr\u00fcft werden. Die Tabelle listet typische Eigenschaften und Risiken auf, die im Datenblatt zu pr\u00fcfen sind, und stellt keine festen Eigenschaften der gesamten Werkstofffamilie dar. Der Wert in jeder Zelle h\u00e4ngt vom jeweiligen Werkstoff und den Testbedingungen ab.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n
Variabel<\/th>\r\nSilikonbasiert (typisch)<\/th>\r\nSilikonfrei (typischerweise, je nach G\u00fcteklasse pr\u00fcfen)<\/th>\r\n<\/tr>\r\n
Kontamination \/ Ausgasung<\/td>\r\nSiloxan-Ausblutung und -Migration unter Hitze und Kompression<\/td>\r\nGeringere Blutung, bei der die Siloxanmigration das bestimmende Risiko ist<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Dielektrisches Verhalten<\/td>\r\nAusreichend; kann sich mit dem Alter ver\u00e4ndern<\/td>\r\nBei einigen getesteten G\u00fcteklassen wurde eine bessere Isolierung festgestellt.<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Verhalten nach Hochtemperaturalterung<\/td>\r\nBleibt oft viskoelastisch<\/td>\r\nEinige der getesteten Sorten h\u00e4rten aus oder verspr\u00f6den.<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit<\/td>\r\nDurch F\u00fcller, nicht durch Matrix festgelegt.<\/td>\r\nDurch F\u00fcller, nicht durch Matrix festgelegt.<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Temperaturbereich<\/td>\r\nBreit gefasst, abh\u00e4ngig von der Chemie<\/td>\r\nAbh\u00e4ngig von der G\u00fcteklasse; bitte Datenblatt pr\u00fcfen.<\/td>\r\n<\/tr>\r\n<\/tbody>\r\n<\/table>\r\n<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n
\"Diagramm<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

Das Alterungsverhalten wird h\u00e4ufig falsch dargestellt und bedarf daher einer \u00dcberpr\u00fcfung. In einem 2000-st\u00fcndigen Hochtemperatur-Lagerungsalterungstest bei 125 \u00b0C gem\u00e4\u00df JEDEC JESD22-A103E, dessen Ergebnisse in der Fachzeitschrift *Materials* ver\u00f6ffentlicht wurden, h\u00e4rtete ein silikonfreier Spaltf\u00fcller aus, w\u00e4hrend das silikonbasierte Material viskoelastisch blieb. Die silikonfreie Probe zeigte zudem ein besseres dielektrisches Verhalten f\u00fcr Anwendungen mit kritischen Isolationsanforderungen. Dieses Ergebnis gilt f\u00fcr die beiden unter diesen Lager-Alterungsbedingungen getesteten Typen. Es ist jedoch nicht auf alle silikonfreien Produkte oder auf hohe\/niedrige Temperaturwechselbeanspruchung \u00fcbertragbar. Der praktische n\u00e4chste Schritt besteht darin, die Alterungsh\u00e4rte und das Verhalten der Klebefuge f\u00fcr den jeweiligen Typ zu qualifizieren und nicht davon auszugehen, dass sie allgemein g\u00fcltig sind.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Leitf\u00e4higkeitsvergleiche bergen den gr\u00f6\u00dften Mythos, und es lohnt sich, dies direkt zu korrigieren. Denn W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit des Spaltpads<\/a> Abh\u00e4ngig von F\u00fcllstoffart und -menge ist ein silikonfreies Produkt nicht grunds\u00e4tzlich leitf\u00e4higer oder leitf\u00e4higer als ein silikonhaltiges. Beide k\u00f6nnen in einem breiten Spektrum formuliert werden. Aussagen, dass silikonfreie Materialien Silikonfett oder -pads automatisch \u00fcbertreffen, sind stets auf die jeweilige Produktart zu beziehen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Anpassung einer silikonfreien W\u00e4rmeleitpaste an den Zell-K\u00fchlmittel-Pfad<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Die Auswahl eines silikonfreien W\u00e4rmeleitmittels f\u00fcr ein Modul beginnt mit der Spaltbreite, da diese die Materialklasse bestimmt. Passen Sie die Spaltbreite und Oberfl\u00e4chenebenheit zwischen Zelle bzw. Modul und K\u00fchlplatte an die Nachgiebigkeit des Materials an. Breite, unebene Spalten erfordern einen anpassungsf\u00e4higen Spaltf\u00fcller, der Hohlr\u00e4ume unter niedrigem Druck ausf\u00fcllt, w\u00e4hrend d\u00fcnne, ebene Oberfl\u00e4chen ein d\u00fcnneres Pad oder einen aufgetragenen Film aufnehmen k\u00f6nnen. Eine Abweichung hier \u00e4u\u00dfert sich in Lufteinschl\u00fcssen und Hotspots. Ermitteln Sie daher die maximale Spaltbreite im Schichtaufbau, bevor Sie sich f\u00fcr ein Format entscheiden.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\"W\u00e4rmepfad<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

Montagebelastung und Automatisierung pr\u00e4gen das Format ebenso stark wie die W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit. Ein silikonfreier F\u00fcllstoff mit niedrigem Modul, der sich zu einer minimalen Klebefuge komprimieren l\u00e4sst, ohne empfindliche Zellen zu belasten, kann vorteilhafter sein als ein nur geringf\u00fcgig h\u00f6herer Leitf\u00e4higkeitsstandard, der eine hohe Klemmkraft erfordert. Ein gie\u00dfbares Form-in-Place-Material eignet sich zudem besser f\u00fcr automatisierte Packlinien als manuell platzierte Pads. Wenn die Schnittstelle auch strukturelle Lasten tr\u00e4gt, r\u00fcckt bei einem silikonfreien, w\u00e4rmeleitenden Klebstoff die Klebefestigkeit und die Aush\u00e4rtungsdauer in den Vordergrund, was wiederum die Taktzeit begrenzt.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Aush\u00e4rtung, Wartungsfreundlichkeit und Isolierung runden die Auswahl ab und stehen in engem Zusammenhang mit den Zielen f\u00fcr den Lebenszyklus des Geh\u00e4uses. Ein nicht aush\u00e4rtender F\u00fcllstoff erm\u00f6glicht die sofortige Leistungspr\u00fcfung einer Leitung. Ein reaktiver Klebstoff fixiert die Verbindung, erschwert jedoch Nacharbeiten und die Demontage am Ende der Lebensdauer \u2013 ein wichtiger Aspekt, da die Geh\u00e4use f\u00fcr den Betrieb mit Strom versorgt werden sollen. Batteriesicherheit und Fl\u00fcssigkeitsk\u00fchlung<\/a>, Wartungsfreundlichkeit und Recyclingf\u00e4higkeit sind entscheidend. Da die meisten Packschnittstellen die Zelle zudem elektrisch von der K\u00fchlplatte isolieren m\u00fcssen, ist die Durchschlagsfestigkeit der gealterten, komprimierten Klebefuge mithilfe der f\u00fcr jede Eigenschaft geeigneten mechanischen, geometrischen und dielektrischen Pr\u00fcfverfahren zu \u00fcberpr\u00fcfen. Eine Alterungspr\u00fcfung, wie sie beispielsweise nach JEDEC JESD22-A103E durchgef\u00fchrt wird, definiert die Lagerbedingungen vor und nach denen diese separaten Pr\u00fcfungen erfolgen. Sie allein misst weder H\u00e4rte, Klebefugendicke noch Durchschlagsfestigkeit. Die gleichzeitige \u00dcberpr\u00fcfung dieser vier Variablen gew\u00e4hrleistet, dass die Entscheidung f\u00fcr eine silikonfreie L\u00f6sung \u00fcber die gesamte Lebensdauer des Moduls hinweg gerechtfertigt ist.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Wo silikonfreie TIMs passen<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Silikonfreie Chemie eignet sich f\u00fcr Anwendungen, bei denen Reinheitsvorschriften und Fertigungsbeschr\u00e4nkungen Silikone ohnehin ausschlie\u00dfen. Beispiele hierf\u00fcr sind Akkus f\u00fcr Elektrofahrzeuge und Energiespeicher. Wenn eine Konstruktion Zelltemperaturen nahe Raumtemperatur anstrebt und dauerhafte \u00dcberschreitungen der oberen Zelltemperaturgrenzen als Sicherheitsrisiko betrachtet, muss das Grenzfl\u00e4chenmaterial thermischen Belastungen standhalten, ohne K\u00fchlplatten, Sensoren oder Klebeverbindungen zu verunreinigen. Batteriespeichersysteme stehen vor denselben Herausforderungen, nur in gr\u00f6\u00dferem Ma\u00dfstab. Daher sind silikonfreie Spaltf\u00fcller und Klebstoffe eine g\u00e4ngige Option f\u00fcr die thermische Auslegung von Akkupacks.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\"Montage<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

Abgesehen von Batterien gilt dasselbe Prinzip f\u00fcr alle silikonempfindlichen Bauteile. Optische, sensorische, medizinische und Luft- und Raumfahrtkomponenten reagieren empfindlich auf Ausgasungen, weshalb in diesen Anwendungsbereichen silikonfreie Materialien zum Einsatz kommen, um Kontaminationen innerhalb eines Akkus zu vermeiden. Diese technische Logik bleibt auch dann bestehen, wenn die Temperatur- und Spaltvorgaben je nach Anwendung variieren.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Im Bereich der Materialwissenschaften sind die kurzfristigen Fortschritte schrittweise und f\u00fcllstoffgetrieben. Nanof\u00fcllstoffverst\u00e4rkung, orientierte leitf\u00e4hige Pfade und Fl\u00fcssigmetallhybride zielen jeweils darauf ab, die Leitf\u00e4higkeit zu erh\u00f6hen und gleichzeitig die Konformit\u00e4t zu gew\u00e4hrleisten. Alle diese Materialien stehen jedoch weiterhin vor denselben Qualifizierungsanforderungen hinsichtlich Alterung, Isolation und Herstellbarkeit. Die Erfassung dieser Qualifizierungsdaten ist ein zuverl\u00e4ssigerer Indikator f\u00fcr den Fortschritt als die alleinigen Leitf\u00e4higkeitswerte.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Schlussfolgerung<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Bei der Auswahl silikonfreier W\u00e4rmeleitmaterialien ist die Kontaminations- und Reinheitspr\u00fcfung an erster Stelle, die Leitf\u00e4higkeit an zweiter. Silikonfreie Materialien sind dann zu verwenden, wenn ein Geh\u00e4use silikonempfindliche Oberfl\u00e4chen, strenge Fertigungsvorschriften oder Anforderungen an Wartungsfreundlichkeit und Isolation aufweist, die durch Silikonaustritt beeintr\u00e4chtigt w\u00fcrden. Silikon ist die bessere Wahl, wenn keine dieser Anforderungen bestehen. Die am h\u00e4ufigsten falsch interpretierte Eigenschaft ist die Alterung. Da einige silikonfreie Materialien mit der Zeit aush\u00e4rten, sollten H\u00e4rte, Klebeschichtdicke und Durchschlagsfestigkeit des jeweiligen Materials gepr\u00fcft werden. Verwenden Sie eine anerkannte Lageralterungspr\u00fcfung, z. B. nach JEDEC JESD22-A103E, und f\u00fchren Sie die entsprechenden mechanischen und dielektrischen Messungen durch. Die Abstimmung des Materials auf Spalt, Montagespannung, Aush\u00e4rtung und Isolation entlang des W\u00e4rmepfads ist entscheidend f\u00fcr das optimale Zusammenspiel von Trumonytechs-W\u00e4rmeleitmaterialien und K\u00fchlplattenkonstruktionen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

FAQ<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Ben\u00f6tige ich einen silikonfreien Spaltf\u00fcller f\u00fcr ein EV-Akkupack, oder ist Silikon akzeptabel?<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Die Empfindlichkeit gegen\u00fcber Verunreinigungen ist hierbei ausschlaggebend, nicht die Batterie selbst. Verwenden Sie ein silikonfreies F\u00fcllmaterial, wenn das Akkupack empfindliche Sensoren, Dichtfl\u00e4chen oder Klebeverbindungen aufweist oder wenn in der Produktionslinie silikonfreie, VOC-arme Materialien vorgeschrieben sind. Trifft keiner dieser Punkte zu, kann ein geeignetes Silikonmaterial dennoch seinen Zweck erf\u00fcllen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Verliert ein silikonfreies W\u00e4rmeleitmittel nach thermischer Alterung seine W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit oder wird es spr\u00f6de?<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Manche Werkstoffe h\u00e4rten mit der Zeit aus, daher muss dies f\u00fcr das jeweilige Produkt \u00fcberpr\u00fcft werden. Eine ver\u00f6ffentlichte Studie zur Alterung nach Lagerung bei hoher Temperatur und 125 \u00b0C \u00fcber 2000 Stunden gem\u00e4\u00df JEDEC JESD22-A103E ergab, dass ein silikonfreier Spaltf\u00fcller aush\u00e4rtete, w\u00e4hrend ein silikonhaltiger viskoelastisch blieb. Aus diesem Grund sollten die mechanischen und dielektrischen Eigenschaften nach Alterung f\u00fcr jeden Werkstoff einzeln gepr\u00fcft werden.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Kann die Ausgasung von Silikon die K\u00fchlplatte, die Zellen oder die Leiterplatte in einem Modul verunreinigen?<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Ja, und genau dieses Risiko ist der Hauptgrund f\u00fcr die Entwicklung silikonfreier Materialien. Niedermolekulare Siloxane k\u00f6nnen unter Hitze- und Druckeinwirkung auf Dichtfl\u00e4chen, Sensoren oder Leiterplatten wandern und dadurch den Oberfl\u00e4chenwiderstand und die Durchschlagspannung verringern oder sp\u00e4tere Verbindungen und Reinigungen erschweren.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Sind silikonfreie W\u00e4rmeleitmaterialien immer leitf\u00e4higer als silikonhaltige?<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Nein; die Leitf\u00e4higkeit h\u00e4ngt von der Art und Menge des F\u00fcllstoffs ab, nicht davon, ob die Matrix silikonfrei ist. Beide chemischen Zusammensetzungen k\u00f6nnen in einem breiten Leitf\u00e4higkeitsbereich formuliert werden, daher sollten Sie die Qualit\u00e4ten miteinander vergleichen, anstatt sie nach Materialfamilie zu unterscheiden.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Weiterf\u00fchrende Literatur<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n