Interfacematerialien / Phase-Change-Materialien

Interfacematerialien / Phase-Change-Materialien

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 Kunststoffsubstratträger 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:

  1. Als Standard-Variante Polyimide-und Kapton MT u. MT+ Substratträger unterschiedlichen Dicken und in Phase Change Beschichtung
  2. Als einseitig haftende Phase Change Variante welche ebenfalls über eine hohe elektrische Isolation verfügt und den thermischen Übergangwiderstand  reduziert.

Wärmeleitende Interfacematerialien  sind im  silikonfreiem Format lieferbar. Aufgrund der hohen Durchschlagfestigkeit dieser Produktgruppe ist eine galvanische Trennung sprich eine elektrische Isolation schon ab geringer Schichtdicke möglich, weshalb diese Produktkategorie auch als 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.

Eigenschaften Einheit ICT-Dp60-L05-K1 ICT-Dp60-L05-K1,5 ICT-Dp60-L05-K2 ICT-Dp60-L05-K3 ICT-Up60-L05-KP1 ICT-Up60-L05-KP2
Substratdicke (μm) μm 25 38 51 76 25 51
Phase-Change-Material - Silicone-free paraffine wax Silicone-free paraffine wax Silicone-free paraffine wax Silicone-free paraffine wax Silicone-free paraffine wax Silicone-free paraffine wax
Farbe - matt Orange matt Orange Matt Orange matt Orange yellow|Gelb Yellow|Gelb
Materialdicke mit Beschichtung µm 51 63 76 101 51 76
Entflammbarkeit nach UL UL -- 94 V0 UL 94 V0 UL 94 V0 94 VO 94 VO
Schichtdicke der Wachsbeschichtung µm 12,50 per site 12,50 12,50 12,50 per site 12,50 per site 12,50 per site
Reißfestigkeit (kN/m) (kN/m) 300 300 300 300 - -
Zugfestigkeit (MPa) MPa 124 124 124 124 89 186
Durchschlagspannung kV (AC) 4200 6000 7700 11000 7,1 10,2
Spezifischer Durchgangswiderstand (Ω/m) Ω/m 1,00 x 10^12 1,00 x 10^12 1,00 x 10^12 1,00 x10^12 10,00 ^15 10,00 ^15
Thermische Leitfähigkeit W/m*K 0,45 0,45 W/m*K 0,45 W/m*K 0,45 W/m*K 0,78 0,85
Wärmeübergangswiderstand (inch² / 645,16mm²) K/W 0,12 0,17 0,21 0,29 0,11 0,16
Phasenwechsel-Temperatur °C 60 60 °C 60 °C 60 °C 60 60
Betriebstemperatur (von/bis) °C von -60 °C bis 140 °C von -60 °C bis 140 °C von -60 °C bis 140 °C von -60 °C bis 140 °C von -60 °C bis 140 °C von -60 °C bis 140 °C
Lagertemperatur (max) °C 20 -25°C 20 -25°C 60 °C 20 - 25°C 20 - 25°C 20 - 25°C
Young's Modulus MPa - - - - 3,300 GPa 4,100
  • Silikonfrei
  • Garantierte Schichtdicken
  • Kosteneffiziente "Drop-in-Place" Lösung
  • Völlig kundengerecht - zentriert für spezifische Anforderungen
  • Niedrige thermische Impedanz
  • Ausgezeichnete mechanische und elektrisch isolierende Eigenschaften
  • Aktive Benetzung der Kontaktoberflächen aufgrund von volumetrische Expansion (15 bis 20 %)
  • Lösungen für viele Arten von Oberflächen
  • Ausgezeichneter Ersatz für Wärmeleitpaste
  • Nur geringer Anzugsmoment erforderlich
  • Schnelle, saubere und prozesssichere Vormontage durch partielle Haftstreifen an den Außenbereichen des TIMs
  • Austauschbarkeit des Materials ohne Oberflächenbehandlung möglich
  • Einfache Reinigung durch Isopropyl-Alkohol
  • Nicht brennbar nach UL 94 V0  Kapton MT UL Registration (File.-No. E39505 DU PONT)

Erklärung Artikelbezeichnung:

Verarbeiter-Anbieter |       Material       |Haftung| Lieferformat         Beispiel:           ICT        |   Dp60-L05-K1   |      1H    |  Lose /Sheet/Rolle

Mit Hilfe dieser Thermal-Interface-Lösung können zum Beispiel diskrete Halbleiter, LEDs, Mikroprozessoren oder jede weitere Art von Wärmeerzeugung erfolgreich entwärmt werden. Mit den unterschiedlichen lieferbaren Materialdicken ist es außerdem möglich, eine breite Palette nicht elektrisch isolierter Stromversorgungen abzudecken.

Denn nur durch effiziente und zuverlässige Kontaktanbindung zwischen Wärmeverursachung und Wärmesenke kann ein optimaler Thermotransfer in den Kühlkörper oder die Gehäusewanne erfolgen.

Thermische Anbindung von:

  • IGBT, CPU, High Power LED /COBs, diskrete Halbleiter an Wärmesenke /cooling plates / Kühlkörper
  • Dioden und Gleichrichtern an Kühlkörper
  • Elektronischen Modulen an Kühlkörper
  • RF Komponenten
  • Peltier Elemente
  • weitere

zum Beispiel in:

  • Laptops (Heatpipe Anwendungen)
  • Motorsteuerungen, Steuergeräten bei Automotive
  • Zusatz Aggregate Klimatechnik und Belüftungssyteme (Automotive)
  • Automotive Stromversorgungen
  • Railway Technologie (Converter)
  • High Power LED Beleuchtungsanwendungen Stadien / Straßenbeleuchtung (Leuchtmittel)
  • Weiße Ware (Steuerelemente z.B. für Induktionsheizplatten)
  • Industrierechnern
  • USV-Einrichtungen
  • Luft-und Raumfahrttechnologie