Phase-Change-Materialien Variante 2 (elektrisch leitend)
Wärmeleitende Materialien mit Phasenwechsel, elektrisch leitend
Phase-Change-Materialien Variante 2 (elektrisch leitend)
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Phase-Change-Materialien Variante 2 (elektrisch leitend)
Die Zunahme der Komplexität technischer Geräte, Module oder gar einzelner Bauelemente rücken die Aspekte der Zuverlässigkeit, der Lebensdauer und damit die Kosten für Austausch und Revisionsarbeiten in den Vordergrund. Besonders im Focus steht hierbei natürlich die Leistungsdichte in leistungselektronischen Komponenten welche seit Jahren kontinuierlich ja zunimmt; einen direkten und entscheidenden Einfluss auf die gesamte Lebensdauer von Halbleiterbauelementen nimmt daher mehr denn je die effektive Entwärmung ein, denn der Wärmestrom als Maß für die abgeführte Wärme pro Flächeneinheit ist normalerweise der kritische Wert auf dem Makrolevel und für die Ausfallsicherheit der Applikation verantwortlich.
Genau aus diesem Grund bewerten die Entwickler heute den thermischen Pfad auch wesentlich kritischer als dies noch vor einigen Jahren der Fall war. So erfordert die optimale thermische Anbindung zweier zu verbindender Kontaktflächen natürlich auch immer eine sehr gute Kenntnis zum Interface, denn genau hier muss bei der Anbindung des Bauelements an den Kühlkörper genauestens der wirkliche Bedarf an sogenannten Schnittstellenmaterial ermittelt werden.
Tatsächlich werden hierfür sehr häufig Materialien eingesetzt, die nicht immer der Applikation entsprechen und auch den zunehmenden Anforderungen nicht immer gerecht werden. Sogenannte phasenwechselnde wärmeleitende Interfacematerialien bieten hier die optimale Lösung. Diese auf Dünnfilmbeschichtung basierende Metallsubstratträger eignen sich ideal zur Entwärmung von Leistungshalbleitern in Modulbauform und High-power LEDs.
Von reinen Interfacematerialien spricht man in der Regel immer dann, wenn Substrat-Schichtdicken von weniger als 0,12 bis 0,15 mm zum Einsatz in der Applikation kommen können.
ICT SUEDWERK's wärmeleitende Interfacematerialien - elektrisch nicht isolierend eignen sich ideal für Anwendungen, bei denen ein stark verringerte Kontaktwiderstand zwischen den Metallflächen des Leistungshalbleiters und dem Kühlkörper gefordert ist.
Durch die Verflüssigung und Ausdehnung sowie den Kapillareffekt werden sogenannte Airgaps / Lufeinschlüsse zwischen den thermisch zu kontaktierenden Interface ausgetrieben bzw. gepresst. Bereits die erste Überschreitung der Phase-Change-Temperatur genügt und es stellt sich eine dauerhafte thermische Kontaktierung ein, welche dann über als auch unter der Phase-Change-Temperatur konstant erhalten bleibt. Durch die vollflächige Benetzung ist die thermische Verbindung gegenüber den herkömmlichen TIM Varianten überlegen und der resultierende thermische Widerstand deutlich geringer. Die unterschiedlichen Phase-Change-Materialien können zudem in mehreren Varianten bestellt werden:
- Als Standard-Variante Aluminium-und Kupfersubstratträger in Phase Change Beschichtung
- Als mit Graphitpartikeln/Fasern versetzte Phase Change Variante welche elektrisch leitend ist und den thermischen Übergangwiderstand zusätzlich reduziert
- Als reinen Phase Change Compoundfilm welcher versetzt ist mit hoch wärmeleitenden Partikeln und somit eine Wärmeleitfähigkeit von bis 3,5 W/m*K ereicht
- Als reinen Compound in Cartridge oder Blockformat oder als sogenannter Fill-up Stick (Dispenser)
Wärmeleitende Interfacematerialien sind in Silikon oder in silikonfreiem Format lieferbar. Aufgrund der geringen Schichtdicke dieser Produktgruppe ist eine galvanische Trennung sprich eine elektrische Isolation nicht möglich, weshalb diese Produktkategorie auch als nicht elektrisch isolierend eingestuft wird.
Phasen-Wechsel wie funktioniert dieser Vorgang?
Nähert sich die Temperatur dem definierten Phase-Change Punkt ändert das Material seinen Aggregatszustand und geht vom festen, trockenen in den weichen bis flüssigen Zustand über. Unvermeidbare Oberflächenrauhigkeiten werden ausgeglichen, Lufteinschlüsse aus den Mikroporen der Oberfläche ausgetrieben. Dadurch, dass sich Phase Change Materialien bei steigender Temperatur zudem volumetrisch ausdehnen, wird die Benetzung der Kontaktflächen zusätzlich verbessert. Konvexe und konkave Unebenheiten der Kontaktflächen und Toleranzen lassen sich dadurch sehr gut beherrschen.
Vergleichstabelle
| Eigenschaft | ICT-Ap60 | ICT-PC-Fillup-STICK | ICT-Ip50/60 | ICT-Xp45 |
|---|---|---|---|---|
| Thermische Eigenschaften | ||||
| Betriebstemperatur (von/bis) | von -40 bis 140 °C | von -60 bis 140 °C | von -40 bis 140 °C | von -40 bis 140 °C |
| Thermisch leitend | Ja | Nein | Ja | Ja |
| Thermische Leitfähigkeit | 220.00 W/m*K | 0.01 W/m*K | 220.00 W/m*K | 3.50 W/m*K |
| Wärmeübergangswiderstand (inch² / 645,16mm²) | 0.052 .. 0.060 K/W | 0.008 .. 0.020 K/W | 0.009 .. 0.012 K/W | 0.014 .. 0.016 K/W |
| Wärmeübergangswiderstand (TO-3P / ca. 360mm²) | - | - | - | 1.67 °C/W |
| Elektrische Eigenschaften | ||||
| Elektrisch leitend | Ja | Ja | Ja | Ja |
| Allgemeine Eigenschaften | ||||
| Farbe | White | White|Graphite | Black | Gray |
| Material | - | PCM Interface compound Aufbau | - | Pure film | Compound Aufbau |
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