Simulieren geht über Philosophieren: Der Artikel geht der Frage nach, ob Gap Pads immer das Allheilmittel bei der thermischen Auslegung von Elektronikprodukten sind. Welche Einflussfaktoren gibt es?
Als Applikationsingenieur bekomme ich bei der thermischen Auslegung von Elektronikprodukten immer wieder zu hören: „Wir wollen Lufteinschlüsse vermeiden“ oder „wir möchten das richtige Gap Pad für jeden Anwendungsfall“.
Luft ist ein guter Isolator. Aber bringt ein zusätzlich eingesetztes Bauteil, das die Wärme meist auch nicht sonderlich gut leitet, wirklich immer bessere Ergebnisse? Rechnerisch ist das zwar eindeutig und logisch, aber hier wird dann lediglich der eine Wärmeweg, die Wärmeleitung, beachtet. Inwieweit tragen noch Konvektion und Wärmestrahlung zur Kühlung bei? Die Antwort auf diese Fragen soll der vorliegende Artikel geben.
Thermal Interface Material – oder besser: Lufterverdrängungsmaterial
Gap Pads gehören zu den TIMs (Thermal Interface Materials). TIMs gibt es zum Beispiel als Paste, Klebstoff, Folien, Phase Change Materialien oder Pads. Je nach Anwendungsfall eignet sich entweder die eine oder die andere Lösung jeweils besser. Pasten werden in der Regel zur Überbrückung von einigen µm eingesetzt. Gap-Pads benötigt man für größere Abstände im mm-Bereich. Ein TIM ist im Grunde ein zusätzliches Bauteil, das nicht an der Funktion des elektrischen Gerätes beteiligt ist.
Diese Materialien dienen lediglich dazu, den luftgefüllten Zwischenraum eines elektrischen Bauteils (eines Verlustleistungsträgers) zu einer kühlenden Fläche hin zu füllen, mit dem Ziel, dessen Wärmeableitung zu verbessern. Luft ist mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,026 W/(mK) mit das schlechteste „Material“ für dieses Aufgabe.
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