Warum werden elektronische Geräte heiß?
Elektronische Geräte erwärmen sich aufgrund der Joule-Erwärmung , einem grundlegenden physikalischen Phänomen: Wenn Strom durch ein leitfähiges Material fließt, stoßen Elektronen mit Atomen zusammen und erzeugen aufgrund des elektrischen Widerstands Wärme.
Moderne Hochleistungskomponenten – wie CPUs, GPUs, LEDs und Stromrichter – geben große Mengen an Wärmeenergie ab.
Um Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten, nutzen die Systeme ein Wärmemanagement , um die Temperatur im Zaum zu halten.
Kühlmethoden lassen sich grob in folgende Kategorien einteilen:
Passive Kühlung : Nutzt natürliche Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung ohne externe Energiezufuhr.
Aktive Kühlung : Hierbei werden angetriebene Systeme (Ventilatoren, Pumpen) eingesetzt, um höhere Wärmeabfuhrraten zu erzielen, allerdings auf Kosten des Energieverbrauchs und der Komplexität.
In vielen Fällen verbessern Wärmeleitmaterialien (TIMs) die Effizienz der passiven Kühlung, indem sie Luftspalte durch wärmeleitende Materialien ersetzen, den Wärmewiderstand deutlich verringern und den Wärmetransfer steigern.
Warum werden elektronische Geräte heiß?
Elektronische Geräte erwärmen sich aufgrund der Joule-Erwärmung , einem grundlegenden physikalischen Phänomen: Wenn Strom durch ein leitfähiges Material fließt, stoßen Elektronen mit Atomen zusammen und erzeugen aufgrund des elektrischen Widerstands Wärme.
Moderne Hochleistungskomponenten – wie CPUs, GPUs, LEDs und Stromrichter – geben große Mengen an Wärmeenergie ab.
Um Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten, nutzen die Systeme ein Wärmemanagement , um die Temperatur im Zaum zu halten.
Kühlmethoden lassen sich grob in folgende Kategorien einteilen:
Passive Kühlung : Nutzt natürliche Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung ohne externe Energiezufuhr.
Aktive Kühlung : Hierbei werden angetriebene Systeme (Ventilatoren, Pumpen) eingesetzt, um höhere Wärmeabfuhrraten zu erzielen, allerdings auf Kosten des Energieverbrauchs und der Komplexität.
In vielen Fällen verbessern Wärmeleitmaterialien (TIMs) die Effizienz der passiven Kühlung, indem sie Luftspalte durch wärmeleitende Materialien ersetzen, den Wärmewiderstand deutlich verringern und den Wärmetransfer steigern.
Was geschieht während der Montage?
Beim Zusammenfügen zweier Oberflächen entstehen durch mikroskopische Unebenheiten winzige Luftspalte – denn reale Oberflächen sind nicht vollkommen glatt. In diesen Spalten sammelt sich Luft, die eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, und erhöht den Wärmewiderstand erheblich. Um die Wärmeübertragung zu verbessern, werden Wärmeleitpasten (TIMs) eingesetzt, die diese Unebenheiten besser ausgleichen.
In einem typischen Gerät existieren mehrere Schnittstellen zwischen der Wärmequelle (z. B. einem Chip) und dem Kühlkörper. Einige dieser Schnittstellen sind dauerhafte Verbindungen , wie beispielsweise Löt- oder Klebstoffverbindungen.
Andere Verbindungen sind nicht permanent – beispielsweise eine Komponente, die mechanisch an einem Kühlkörper verschraubt ist, oder ein Modul, das mit einem Gehäuse verbunden ist. Diese Schnittstellen tragen alle zum gesamten Wärmepfad bei und müssen optimiert werden, um den Widerstand zu minimieren.
Beim Zusammenfügen zweier Oberflächen entstehen durch mikroskopische Unebenheiten winzige Luftspalte – denn reale Oberflächen sind nicht vollkommen glatt. In diesen Spalten sammelt sich Luft, die eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, und erhöht den Wärmewiderstand erheblich. Um die Wärmeübertragung zu verbessern, werden Wärmeleitpasten (TIMs) eingesetzt, die diese Unebenheiten besser ausgleichen.
In einem typischen Gerät existieren mehrere Schnittstellen zwischen der Wärmequelle (z. B. einem Chip) und dem Kühlkörper. Einige dieser Schnittstellen sind dauerhafte Verbindungen , wie beispielsweise Löt- oder Klebstoffverbindungen.
Andere Verbindungen sind nicht permanent – beispielsweise eine Komponente, die mechanisch an einem Kühlkörper verschraubt ist, oder ein Modul, das mit einem Gehäuse verbunden ist. Diese Schnittstellen tragen alle zum gesamten Wärmepfad bei und müssen optimiert werden, um den Widerstand zu minimieren.
Thermische Schnittstellenmaterialien für Ihre Anwendung
Wärmeleitendes Silikon
Wärmeleitfähiges Silikon ist ein kostengünstiges Wärmeleitmaterial, das zudem eine hervorragende Abdichtung gegenüber Umgebungsbedingungen bietet. Es eignet sich ideal, wenn eine moderate Wärmeleitfähigkeit erforderlich ist – insbesondere in Anwendungen, bei denen die elektrische Isolation nicht kritisch ist.
Diese Silikone sind in verschiedenen Formaten erhältlich: als extrudierte Profile, O-Ringe mit Verbindungsstücken, großformatige Platten (z. B. 380 mm × 508 mm) oder präzisionsgestanzte Formen. Für eine komfortablere Anwendung können sie mit einer speziellen, ultradünnen Haftklebstoffschicht versehen werden, die die Wärmeleitfähigkeit minimal beeinträchtigt.
Dank seines geringen Wärmewiderstands bei niedriger Kompression passt sich dieses Material optimal an unebene oder eng tolerierte Oberflächen an und erzeugt dabei nur minimale Rückstellspannungen – wodurch die Belastung empfindlicher Elektronik während der Montage reduziert wird. Es eignet sich ideal zum Füllen variabler Spalten und gewährleistet eine zuverlässige Wärmeübertragung ohne Beeinträchtigung der mechanischen Integrität.
Graphitblatt
Ein Graphitblatt, auch allgemein bekannt als
- Extrem hohe Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeleitfähigkeit in der Ebene liegt zwischen ~150 und 1500 W/m·K und übertrifft damit viele Metalle.
- Chemische und thermische Stabilität: Hergestellt aus hochreinem Kohlenstoff, bleibt es von –40 °C bis +400 °C stabil und ist korrosionsbeständig.
- Flexibel und anpassungsfähig: Dünn, biegsam und passt sich mühelos flachen oder gekrümmten Oberflächen an.
- Leichtgewicht: Deutlich leichter als herkömmliche Wärmeverteiler aus Metall – etwa 25 % leichter als Aluminium und ca. 75 % leichter als Kupfer.
- Niedrige Wärmeleitfähigkeit in der Ebene: Verhindert die seitliche Wärmeausbreitung, wodurch die Kühlung auf die heiße Zone konzentriert und benachbarte Bauteile geschützt werden.
- Hohes Anisotropieverhältnis: Das Verhältnis der Leitfähigkeit in der Ebene zur Leitfähigkeit senkrecht zur Ebene definiert die Effektivität – höhere Verhältnisse bedeuten eine stärkere Richtungskontrolle.
Anisotropie Thermal Leitfähig Verbundwerkstoff Blatt
Eine anisotrope, wärmeleitende Verbundfolie ist ein Wärmeleitmaterial (TIM), das Wärme primär in eine Richtung (senkrecht zur Ebene, Z-Achse) leitet und gleichzeitig die Wärmeausbreitung in der Ebene (X- und Y-Richtung) begrenzt. Diese Konstruktion leitet die Wärme direkt von heißen Bauteilen – wie CPUs oder Leistungsmodulen – in einen Kühlkörper ab, ohne dass seitliche Wärme nahegelegene, empfindliche Teile beeinträchtigt.
Hohe Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung: Ermöglicht einen schnellen Wärmetransport von der Wärmequelle zur Kühlstruktur – bei polymerbasierten Varianten liegt der Bereich bei ~3–20 W/m·K; bei faser- oder graphitorientierten Verbundwerkstoffen können Werte von über 50 W/m·K erreicht werden.
Maßgeschneidertes Wärmemanagement: Ideal für dicht gepackte Elektronik, 3D-gestapelte Chips oder Leistungsmodule, bei denen der vertikale Wärmefluss maximiert werden muss, ohne die Platine zu überhitzen.
Graphit-Kupfer-Geflecht
Graphit-Kupfer-Gewebe ist ein Hybridverbundwerkstoff, der ein durchgehendes Kupfergewebe mit Graphit verschmilzt und so die hervorragende elektrische Leitfähigkeit von Kupfer mit der Schmierfähigkeit und thermischen Stabilität von Graphit zu einem langlebigen Hochleistungsmaterial kombiniert.
- Hochleitfähig: Das Kupfergeflecht bietet einen niederohmigen Pfad und ermöglicht so einen effizienten Stromfluss.
- Selbstschmierend: Graphit wirkt als Festschmierstoff und reduziert Reibung und Verschleiß bei gleitenden oder beweglichen Kontakten.
- Verschleißfest: Das Kupfernetzwerk und Graphit bieten zusammen eine höhere Haltbarkeit als Graphit allein oder andere Verbundwerkstoffe.
- Thermisch effizient: Sowohl Kupfer als auch Graphit tragen zur Ableitung der durch Reibung oder Strom erzeugten Wärme bei.
- Strukturell robust: Die Maschenstruktur gewährleistet eine kontinuierliche mechanische und elektrische Integrität und verbessert so die Leistung im Laufe der Zeit.
Ideal für flexible Elektronik, Sensoren, Gleitkontakte und Hochleistungsmodule, bei denen zuverlässige Leitfähigkeit, Verschleißfestigkeit und Selbstschmierung unerlässlich sind.
Wärmeleitendes Silikon
Wärmeleitfähiges Silikon ist ein kostengünstiges Wärmeleitmaterial, das zudem eine hervorragende Abdichtung gegenüber Umgebungsbedingungen bietet. Es eignet sich ideal, wenn eine moderate Wärmeleitfähigkeit erforderlich ist – insbesondere in Anwendungen, bei denen die elektrische Isolation nicht kritisch ist.
Diese Silikone sind in verschiedenen Formaten erhältlich: als extrudierte Profile, O-Ringe mit Verbindungsstücken, großformatige Platten (z. B. 380 mm × 508 mm) oder präzisionsgestanzte Formen. Für eine komfortablere Anwendung können sie mit einer speziellen, ultradünnen Haftklebstoffschicht versehen werden, die die Wärmeleitfähigkeit minimal beeinträchtigt.
Dank seines geringen Wärmewiderstands bei niedriger Kompression passt sich dieses Material optimal an unebene oder eng tolerierte Oberflächen an und erzeugt dabei nur minimale Rückstellspannungen – wodurch die Belastung empfindlicher Elektronik während der Montage reduziert wird. Es eignet sich ideal zum Füllen variabler Spalten und gewährleistet eine zuverlässige Wärmeübertragung ohne Beeinträchtigung der mechanischen Integrität.
Graphitblatt
Ein Graphitblatt, auch allgemein bekannt als
- Extrem hohe Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeleitfähigkeit in der Ebene liegt zwischen ~150 und 1500 W/m·K und übertrifft damit viele Metalle.
- Chemische und thermische Stabilität: Hergestellt aus hochreinem Kohlenstoff, bleibt es von –40 °C bis +400 °C stabil und ist korrosionsbeständig.
- Flexibel und anpassungsfähig: Dünn, biegsam und passt sich mühelos flachen oder gekrümmten Oberflächen an.
- Leichtgewicht: Deutlich leichter als herkömmliche Wärmeverteiler aus Metall – etwa 25 % leichter als Aluminium und ca. 75 % leichter als Kupfer.
- Niedrige Wärmeleitfähigkeit in der Ebene: Verhindert die seitliche Wärmeausbreitung, wodurch die Kühlung auf die heiße Zone konzentriert und benachbarte Bauteile geschützt werden.
- Hohes Anisotropieverhältnis: Das Verhältnis der Leitfähigkeit in der Ebene zur Leitfähigkeit senkrecht zur Ebene definiert die Effektivität – höhere Verhältnisse bedeuten eine stärkere Richtungskontrolle.
Anisotropie Thermal Leitfähig Verbundwerkstoff Blatt
Eine anisotrope, wärmeleitende Verbundfolie ist ein Wärmeleitmaterial (TIM), das Wärme primär in eine Richtung (senkrecht zur Ebene, Z-Achse) leitet und gleichzeitig die Wärmeausbreitung in der Ebene (X- und Y-Richtung) begrenzt. Diese Konstruktion leitet die Wärme direkt von heißen Bauteilen – wie CPUs oder Leistungsmodulen – in einen Kühlkörper ab, ohne dass seitliche Wärme nahegelegene, empfindliche Teile beeinträchtigt.
Hohe Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung: Ermöglicht einen schnellen Wärmetransport von der Wärmequelle zur Kühlstruktur – bei polymerbasierten Varianten liegt der Bereich bei ~3–20 W/m·K; bei faser- oder graphitorientierten Verbundwerkstoffen können Werte von über 50 W/m·K erreicht werden.
Maßgeschneidertes Wärmemanagement: Ideal für dicht gepackte Elektronik, 3D-gestapelte Chips oder Leistungsmodule, bei denen der vertikale Wärmefluss maximiert werden muss, ohne die Platine zu überhitzen.
Graphit-Kupfer-Geflecht
Graphit-Kupfer-Gewebe ist ein Hybridverbundwerkstoff, der ein durchgehendes Kupfergewebe mit Graphit verschmilzt und so die hervorragende elektrische Leitfähigkeit von Kupfer mit der Schmierfähigkeit und thermischen Stabilität von Graphit kombiniert, um ein langlebiges Hochleistungsmaterial zu bilden.
- Hochleitfähig: Das Kupfergeflecht bietet einen niederohmigen Pfad und ermöglicht so einen effizienten Stromfluss.
- Selbstschmierend: Graphit wirkt als Festschmierstoff und reduziert Reibung und Verschleiß bei gleitenden oder beweglichen Kontakten.
- Verschleißfest: Das Kupfernetzwerk und Graphit bieten zusammen eine höhere Haltbarkeit als Graphit allein oder andere Verbundwerkstoffe.
- Thermisch effizient: Sowohl Kupfer als auch Graphit tragen zur Ableitung der durch Reibung oder Strom erzeugten Wärme bei.
- Strukturell robust: Die Maschenstruktur gewährleistet eine kontinuierliche mechanische und elektrische Integrität und verbessert so die Leistung im Laufe der Zeit.
Ideal für flexible Elektronik, Sensoren, Gleitkontakte und Hochleistungsmodule, bei denen zuverlässige Leitfähigkeit, Verschleißfestigkeit und Selbstschmierung unerlässlich sind.
Bei Fragen, Kommentaren oder Bedenken können Sie sich gerne an uns wenden. Sie können unser Kundensupport-Team unter der Telefonnummer oder E-Mail-Adresse kontaktieren. Wir sind hier, um Sie auf jede erdenkliche Weise zu unterstützen. Vielen Dank, dass Sie sich entschieden haben, mit uns in Kontakt zu treten.
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