Dielektrische Folie als TIM in leistungselektronischen Anwendungen
Der allgegenwärtige Trend in der Elektronik geht zu kleineren Designs mit steigenden Leistungsanforderungen.
Folglich besteht die Notwendigkeit, die von der Elektronik erzeugte Wärme schnell, effektiv und kostengünstig abzuleiten.
In diesem Artikel stellen wir ein elektrisch isolierendes, wärmeleitendes Dielektrikum als TIM vor. Ziel ist es, eine effiziente Lösung für die zunehmenden Herausforderungen im Wärmemanagement anzubieten.
Inhaltsverzeichnis
Dielektrischer Film als Tim
Ein gut durchdachtes Wärmemanagementsystem garantiert vor allem eine längere Lebensdauer der verwendeten elektronischen Komponenten. Damit sorgt es für eine höhere Leistung und Qualität der gesamten elektronischen Anwendung.
Das bedeutet, dass es nicht mehr ausreicht, die von den Komponenten erzeugte Wärme einfach an die Umgebungsluft abzugeben.
Stattdessen ist es wichtig, dass die elektronischen Komponenten zusätzlich gekühlt werden.Eine Methode, um diese zusätzliche Kühlung zu erreichen, ist die Verwendung eines externen, aktiven oder passiven Kühlkörpers.
Deshalb schlägt Aismalibar die Einführung einer dielektrischen Folie als TIM vor. Zur Verdeutlichung: Es handelt sich um einen elektrisch isolierenden, wärmeleitenden dielektrischen Film, der als thermisches Schnittstellenmaterial für Leiterplatten verwendet werden kann.
Derzeit ist es sehr üblich, das Gehäuse der Anwendung als Kühlelement für die Elektronik zu verwenden.
Darüber hinaus hat der Schutz gegen versehentliches Berühren durch dielektrischen Durchschlag eine zusätzliche sicherheitstechnische Bedeutung. Ziel ist es, den persönlichen Schutz vor einem elektrischen Schlag zu gewährleisten.
Beispiele sind mit Strom versorgte Geräte für Beleuchtung und Medizin oder zukünftige 800-V-Batterie-Umgebungen in Elektroautos.
Dielektrischer Film Vorteile
Die dielektrische Folie als TIM verhindert oder minimiert Lufteinschlüsse, um eine effiziente Wärmeübertragung von der Wärmequelle zum Kühlkörper zu ermöglichen.
Eine technische und kostensparende Lösung für die thermischen und isolierenden Herausforderungen in der Leistungselektronik ist BONDSHEET Cured. Elektrisch isolierender, wärmeleitender dielektrischer Film von Aismalibar.
BONDSHEET Cured besteht aus einer Glasgewebebasis mit dem Zusatz mineralischer Füllstoffe.
Dieses thermische Interface-Prepreg mit einer Glasübergangstemperatur von 120 °C weist eine Wärmeleitfähigkeit von 2,2 W/(m·K) auf. Seine Durchschlagfestigkeit beträgt 4 kV (70 µm Dielektrikum) bzw. 6 kV (100 µm Dielektrikum).
Das bedeutet, dass es durch die Verwendung einer dünnen Schichtdicke (70 oder 100 µm) möglich ist, einen niedrigen Wärmewiderstand Rth von 0,315 oder 0,45 K cm²/W zu erreichen.
Dadurch wird die von der Leistungselektronik erzeugte Wärme effizient an das Kühlelement zur Verteilung und Ableitung an die Umgebungsluft abgeführt.
Anwendungsbereiche
Die Hauptanwendungsgebiete der wärmeleitenden dielektrischen Folie als TIM sind in der Leistungselektronik.
Zur Verdeutlichung: Es geht darum, die Wärmeübertragung zwischen zwei flachen Metalloberflächen zu optimieren. Eine Optimierung hinsichtlich der Wärmeleitung und der elektrischen Isolierung.
Derzeit werden die dielektrischen C-Stufen gehärteten Platten erfolgreich in folgenden Bereichen eingesetzt:
- Solar-Wechselrichter
- Windkraftanlagen
- Getriebesteuerung für Nutzfahrzeuge
- LED-Beleuchtungsindustrie
Zukünftige Projekte umfassen:
- Elektroautos, vor allem im Antriebsstrang,
- Batteriemanagement, einschließlich der bordeigenen Ladeelektronik.
In der industriellen Leistungselektronik, z.B. in Schweißgeräten und Roboterantrieben, werden ebenfalls wärmeleitende dielektrische Folien verwendet. Damit soll die Wärme der Steuerelektronik effizient abgeleitet werden.
Auch hier besteht die Aufgabe der Folie darin, die Wärme bei maximaler Isolationsdurchschlagsfestigkeit effizient abzuleiten. Es geht darum, PowerMOSFETs optimal mit den flüssigkeitsgekühlten Mikrokühlern von IQ-evolution zu verbinden.
Ausführliche Tests zeigen nämlich, dass das gezeigte wärmeleitende Dielektrikum für diese Anwendung die beste technisch-kommerzielle Kombination aus Wärmeableitung und Durchschlagsfestigkeit gegenüber alternativen TIM-Techniken aufweist.
BONDSHEET Ausgehärtet: Dielektrischer Film wie TIM von Aismalibar
Die Grundlage von BONDSHEET Cured, einer dielektrischen Folie als TIM, ist die Verwendung einer einzigartigen Glasgewebeverstärkung mit Zusatz von Keramikfüllstoffen in einem geschützten Verfahren.
Zusätzlich zu den reinen Materialeigenschaften dieser Füllstoffe ( Al2O3, AlN und BN u.a.) hat Aismalibar die Partikelgröße und -form sowie die Verteilung verbessert. Auf diese Weise sorgt es dafür, dass das Ausgangsglasgewebe homogene wärmeleitende Eigenschaften aufweist.
Außerdem ist die wärmeleitende Folie vollständig an unterschiedliche Bedürfnisse und Anforderungen angepasst. anpassbar Nach der Anpassung an die Kundenspezifikationen liefert Aismalibar sie als Endprodukt aus.
BONDSHEET Ausgehärtete dielektrische Folie in jedem Format
Auf Wunsch des Kunden kann der Hersteller die BONDSHEET CURED-Folie nämlich im eigenen Haus in jedes beliebige rechteckige oder quadratische Format schneiden. Dann liefert er das Produkt in Stapeln aus mehreren hundert Einzelfolien zur manuellen oder automatischen Weiterverarbeitung beim Kunden.
BONDSHEET CURED ist auch ein ideales Material für den Einsatz mit automatischen Bestückungsautomaten. Es ist perfekt für die automatische Bestückung.
Bei Mustern und Prototypen konturiert der Hersteller das Blech nach den Vorgaben des Kunden mit abgerundeten Ecken und Löchern (wie in Abbildung 4 dargestellt).
Auf diese Weise kann die Folie bei der Montage des Endprodukts durch den Kunden direkt zwischen dem Kühlkörper und der Leiterplatte eingesetzt werden.
Die Verwendung der wärmeleitenden Folie erfordert keine Öle, Pasten oder Silikone.
Die Montage und Demontage des Elektronikmoduls sind daher einfach und sauber (z.B. bei Wartungsarbeiten).
In der Großserienproduktion ist das Stanzen der Folie mit einem kundenspezifischen Stanzwerkzeug
das kostengünstigste Herstellungsverfahren.
70 oder 100 µm dick sind über das Lager in Barcelona erhältlich.
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Ausblick auf zukünftige Entwicklungen
Aismalibar entwickelt thermisch leitfähige Dielektrika, die die hohen technischen Anforderungen an Wärmeleitfähigkeit und Durchschlagfestigkeit erfüllen oder diese erhöhen.
Darüber hinaus ist die optimierte Verarbeitbarkeit für großvolumige Serienproduktionen, wie z.B. im Automobilsektor, unerlässlich.
Ein Beispiel ist das "Dual Thermal Coating"-Verfahren (DTC). Es besteht aus zwei Schichten, die direkt auf einem Metallträger (Kupfer oder Aluminium) ohne Glas aufgebracht sind.
Indem die wärmeleitende oder isolierende Schicht direkt auf einen Metallträger aufgebracht wird, entsteht ein sehr dünnes Produkt.
Zusätzliche Schicht
Untere Schicht
Zusätzliche Schicht
Auf die ausgehärtete dielektrische Schicht wird eine zusätzliche B-Schicht aufgetragen. Dies ermöglicht eine weitere Verarbeitung durch den Benutzer.
Untere Schicht
Die untere Schicht des Dielektrikums wird während des Herstellungsprozesses gehärtet. So erhalten Sie die gewünschten elektrischen und thermischen Eigenschaften, wie im Datenblatt angegeben.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Ergebnis ein sehr kompaktes Leistungsmodul mit optimierten elektrischen und thermischen Eigenschaften ist. Dies führt zu einer langen Lagerfähigkeit vor den weiteren Produktionsprozessen und erfüllt die hohen Anforderungen der Elektronikindustrie.