Was ist eine Wärmeleitpaste?
Wärmeleitpasten sind wärmeleitende Fette, die dazu dienen, die Wärme von Bauteilen und elektronischen Geräten abzuleiten, die große Hitze erzeugen.
Es wird an der Verbindung zwischen wärmeerzeugenden Wärmequellen und wärmeableitenden Geräten wie Kühlkörpern verwendet.
Anwendungen von Wärmeleitpasten
Wärmeleitpasten werden in Halbleitergeräten wie Leistungstransistoren, CPUs und GPUs verwendet, um die durch den elektrischen Widerstand erzeugte Wärme schnell abzuführen. Die Kühlung dieser Geräte ist von entscheidender Bedeutung, da übermäßige Wärme die Geräteleistung verringern und zu Geräteausfällen führen kann.
In Personalcomputern werden sie eingesetzt, um die Wärmeleitung zwischen der CPU und dem Kühlkörper zu verbessern. Sie werden auch in Steuergeräten von Hybrid- und Elektrofahrzeugen eingesetzt, um die Geschwindigkeit der Wärmeableitung in elektronischen Geräten zu erhöhen. Sie werden auch verwendet, um die Wärme von elektronischen Geräten wie LED-Beleuchtungen abzuleiten, wenn diese eine hohe Leuchtkraft haben oder sehr groß sind.
Funktionsweise der Wärmeleitpasten
An der Verbindungsstelle zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke oder einem anderen wärmeableitenden Bauteil kommt es zu leichten Verformungen der Klebefläche und winzigen Unregelmäßigkeiten auf der Klebefläche. Dies führt in der Regel zu Luftspalten oder Zwischenräumen zwischen den beiden.
Da Luft extrem adiabatisch ist, ist der Wärmewiderstand der Verbindung extrem hoch, was die Effizienz der Wärmeübertragung bei der Wärmeabgabe verringert. Wärmeleitpasten füllen diese Lücken und Zwischenräume und maximieren so die Wärmeübertragung an der Verbindungsstelle.
Aufbau von Wärmeleitpasten
Wärmeleitpasten werden hergestellt, indem anorganische Partikel mit hoher Wärmeleitfähigkeit in einer ölartigen Komponente (Fett) mit geringer Flüchtigkeit und Viskosität dispergiert und so eingestellt werden, dass sie eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Aufgrund seiner hohen Viskosität und einfachen Handhabung wird es in vielen Bereichen der Wärmeableitung und Wärmeleitung eingesetzt.
Das Fett und der darin enthaltene wärmeleitende Füllstoff, die Bestandteile der Wärmeleitpaste, weisen folgende Eigenschaften auf:
1. Schmierfett
Häufig wird Silikonfett verwendet, da sich seine Viskosität mit der Temperatur kaum ändert. Silikonfett zeichnet sich durch seine hohe Hitzebeständigkeit, chemische Stabilität und ausgezeichnete Wasserbeständigkeit aus. Es wird daher häufig als Dichtungsmaterial und Klebstoff sowie in Hochtemperaturumgebungen und bei Schmieranwendungen eingesetzt.
Da Wärmeleitpasten häufig in Umgebungen mit hohen Temperaturen eingesetzt werden, sind Silikonfette aufgrund ihrer geringen Viskositätsänderung, ihrer hohen Hitzebeständigkeit und ihrer chemischen Stabilität eines der am besten geeigneten Materialien.
2. wärmeleitende Füllstoffe
Bei Wärmeleitpasten werden dem Grundfett Metall- oder Metalloxidpartikel mit hoher Wärmeleitfähigkeit beigemischt. Es werden Metallpartikel wie Aluminium, Kupfer, Silber oder Metalloxidpartikel wie Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder Aluminiumnitrid verwendet. Diese werden in einer ihrem jeweiligen Teilchendurchmesser entsprechenden Weise dispergiert.
Wenn metallische Partikel verwendet werden, sind sie nicht nur wärmeleitend, sondern auch elektronisch leitend. Für Anwendungen, bei denen eine elektronische Leitfähigkeit nicht erwünscht ist, kommt nur ein Wärmeleitpasten mit Metalloxidpartikeln in Frage. Darüber hinaus werden Metalloxidpartikel häufig unter dem Gesichtspunkt der chemischen Stabilität verwendet, da Metall leicht oxidiert und seine physikalischen Eigenschaften leicht verändert werden.
Das Mischungsverhältnis dieser beiden Materialien bestimmt ihre elektrischen Eigenschaften und ihre Wärmeleitfähigkeit. Je nach Mischungsverhältnis variieren die Eigenschaften des jeweiligen Wärmeleitpasten. Ein Wärmeleitpasten mit einer hohen Konzentration an Füllstoffen hat beispielsweise eine höhere Wärmeleitfähigkeit als eines mit einer niedrigeren Konzentration.
Außerdem haben Wärmeleitpasten die Eigenschaft, sich im Laufe der Zeit zu verschlechtern und zu verhärten, auch wenn sie unmittelbar nach dem Auftragen eine mäßige Viskosität aufweisen. Je nach den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der zu verbindenden Materialien können sich Risse bilden und die Wärmeleiteigenschaften können sich verschlechtern.
Weitere Informationen über Wärmeleitpasten
Verwendung von Wärmeleitpasten
Die grundlegenden Anweisungen für die Verwendung von Wärmeleitpasten lauten wie folgt:
- Reinigung
Vor dem Auftragen der Wärmeleitpaste muss die zu beschichtende Fläche gereinigt werden. Wenn Schmutz oder ein Ölfilm vorhanden ist, verwenden Sie Reinigungs- oder Lösungsmittel, um diesen zu entfernen. - Auftragen der Wärmeleitpaste
Entnehmen Sie eine angemessene Menge Wärmeleitpaste und tragen Sie es auf die zu beschichtende Stelle auf. Die Wärmeleitpaste hat die Aufgabe, die Lücken in der Luftschicht zu füllen und die Wärme effizient zu leiten. Ein Übermaß an Wärmeleitpaste kann aufgrund der erhöhten Dicke und der längeren Wärmeübertragungsstrecken zu einer schlechten Wärmeübertragung führen und größenbedingte Mängel bei der Montage des Bauteils verursachen. - Kontrolle nach dem Auftragen
Nach dem Auftragen der Wärmeleitpaste ist zu prüfen, ob die aufgetragene Fläche ausreichend mit Wärmeleitpaste bedeckt ist. Überschüssiges Wärmeleitpaste ist unbedingt abzuwischen. - Montage
Montieren Sie die erforderlichen Bauteile an den Stellen, an denen Wärmeleitpaste aufgetragen wurden. Beim Zusammenbau ist es wichtig, die Anweisungen zu beachten und die richtige Reihenfolge einzuhalten.