Wie wichtig sind Beschichtungen auf wärmeleitenden Folie?

Die Vorteile von Isolationsfolien sind die geringe Materialstärke (meist nur 0,025….0,05 mm), die sehr hohe Spannungsfestigkeit und die geringe Wegstrecke, die für den Wärmetransport benötigt wird. Dadurch wir der Nachteil der geringen Wärmeleitfähigkeit in vielen Fällen vollständig ausgeglichen (Faustregel: bei gleichem angestrebten Wärmestrom muß bei doppelter Materialstärke ein Material mit doppelter spez. Wärmeleitung eingesetzt werden).

Allerdings sind Isolationsfolien nicht flexibel. Sie können nicht wie andere Materialien (Silikonmatten, Gap-Filler, Vergussmassen, Wärmeleitpaste) in die Unebenheiten von Oberflächen eindringen. Dadurch können 30-40% der Auflagefläche zwischen Hitzequelle und Hitzesenke verloren gehen. Der Wärmetransport wird durch Lufteinschlüsse (kein direkter Kontakt) verschlechtert.

Diesen Nachteil gleicht man durch TIM-Beschichtungen aus. Darunter versteht man ganz allgemein Beschichtungen, die dafür geeignet sind, die Lufteinschlüsse zwischen mikroskopisch rauen Oberflächen zu verdrängen. Dazu müssen diese Oberflächenveredelungen wärmeleitender Isolationsfolien weich genug sein, um in solche Unebenheiten einzudringen und einen Formschluss zu erzeugen. Für diese Aufgabe gibt es von CMC Klebetechnik verschiedene Lösungen, die im Folgenden dargestellt werden sollen:

  • Phase-Change-Beschichtung; diese Beschichtungsmassen sind bei Raumtemperatur fest, schmelzen jedoch recht früh (55-60°C) auf. Sie fließen dann in die Unebenheiten der Oberflächen und füllen diese auf. Dadurch wird eine formschlüssige Verbindung von Hitzequelle und Wärmesenke hergestellt.

  • Wärmeleitende Acrylatkleber verbinden Wärmeleitung und Klebkraft miteinander. CMC Klebetechnik bietet zwei Varianten an: ein bereits unter 100°C recht mobiler Kleber mit moderater Klebkraft sowie ein Hochleistungs-Acrylatkleber, der bis 180°C eingesetzt werden kann.

  • Wärmeleitende Silikonbeschichtungen, die entweder klebend oder nichtklebend sein können. Sie widerstehen Temperaturen auch oberhalb von 200°C und sind sehr alterungsbeständig.

Um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie stark der Einfluss von TIM-Beschichtungen der CMC Klebetechnik sind, wurden Messungen durchgeführt. Dazu wurden die blanken Folie sowie beschichtete Folien mit nicht-wärmeleitenden und wärmeleitenden TIM-Beschichtungen miteinander verglichen:

Exemplarische Messwerte (Messverfahren ASTM D5470, NICHT Laserflash):

Kapton® MT+ ohne Beschichtung:                                     0,28 W/m*K

Kapton® MT+ mit nicht-wärmeleitendem Kleber:           0,36 W/m*K

Kapton® MT+ mit wärmeleitendem Kleber:                     0,73 W/m*K

Kapton® MT+ mit Phase Change Beschichtungen:         0,84 W/m*K

Mehr Informationen zu Kapton® MT+ finden Sie hier.

Wie man gut erkennt, ist bei gleicher Basisfolie die Wärmeleitung deutlich verbessert, wenn eine Beschichtung mit Thermal Interface Material aufgebracht ist. Die wärmeleitende Variante (gleiche Schichtstärke) verdoppelt den Wärmetransport und liegt etwa auf gleichem Niveau wie der theoretische spezifische Wärmeleitwert von Kapton® MT+ (0,85 W/m*K). Doch erst durch die TIM-Beschichtung kann das sehr gute Kapton® MT+ seine Vorteile voll ausspielen.

Bessere Wärmeableitung führt zu einer längeren Lebensdauer der elektronischen Bauteile und damit zu einer größeren Zuverlässigkeit Ihrer Geräte!

Wie wichtig sind Beschichtungen auf wärmeleitenden Folie?