Die Anforderungen an Elektronik und Elektrotechnik steigen immer weiter, was das Thema des Wärmemanagements in den Mittelpunkt rücken lässt. Damit Geräte auch auf lange Zeit hohe Leistung halten können, ist es erforderlich, dass überflüssige Wärme zuverlässig abtransportiert wird. Das verlängert nicht nur die Lebensdauer, sondern trägt auch zu Sicherheit bei, da man das Überhitzen verhindert. Eine Methode des Wärmemanagements sind Wärmeleitfolien, welche die Wärme, die in elektrischen und elektronischen Bauteilen entsteht, zu den entsprechenden Kühlkörpern weitergeleitet werden.

So funktioniert Wärmeleitfolie

Innerhalb des Wärmemanagements werden Wärmeleitfolien, auch thermische Interface Materialien (TMIs) genannt, verwendet, um Wärmequellen und Kühlkörper bestmöglich zu verbinden. Je nach Material und Anwendungsbereich sind sie elektrisch leitfähig oder dielektrisch. Der größte Vorteil liegt darin, dass sie sich der Oberfläche der verschiedenen Komponenten anpassen, wodurch der Einschluss von Luft verhindert wird. Durch Unebenheiten auf der Oberfläche verschiedener Komponenten und den dazugehörigen Kühlkörpern entstehen Lufteinschlüsse, die isolierend wirken und so die Wärmeübertragung reduzieren. Wärmeleitfolien werden zwischen wärmeerzeugenden Teilen und Kühlkörpern oder anderen Wärmesenkern angebracht, um eben diese Lufteinschlüsse weit möglich zu eliminieren und so für effizienten Wärmeaustausch zu sorgen.

Materialeigenschaften

Eine Wärmeleitfolie besteht aus verschiedenen Materialien, darunter Silikon und Graphit. Das flexible Trägermaterial ist mit thermisch leitfähigen Partikeln durchsetzt. Das wichtigste Kriterium für die Auswahl der richtigen Wärmeleitfolie ist die Wärmeleitfähigkeit oder Wärmeleitzahl. Diese wird in Watt pro Meter und Kelvin angegeben. Je höher der Wert ist, desto besser ist die Wärmeübertragung des Materials. Je nach Anwendungsgebiet kann eine hohe oder geringe Wärmeleitfähigkeit erforderlich sein. Silikon ist ein sehr flexibles Material, hat eine hohe Hitzebeständigkeit und ist sehr langlebig, während Graphit durch die extreme Wärmeleitfähigkeit vor allem für High-End Anwendungen in Frage kommt. Keramikfüllstoff erhöht die thermische Leitfähigkeit, ohne dabei die elektrische Isolation zu beeinträchtigen. Wenn es um einfache Verarbeitung und flexible Anwendung geht, werden oft Kunststoff- und Elastomerverbindungen verwendet. Wärmeleitfolien aus Kunststoff sind leicht anzubringen, haben aber eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Graphit oder Keramik.

Einsatzgebiete

Wärmeleitfolie wird in zahlreichen Bereichen eingesetzt, hauptsächlich aber in der Elektronik und Elektrotechnik. In der Computerhardware dient sie dazu, Leistungskomponenten wie Prozessoren vor Überhitzung zu schützen. Das stellt sicher, dass die Leistung konstant bleibt und verlängert die Lebenszeit der Geräte. Auch bei LED-Beleuchtungen kommen Wärmeleitfolien zum Einsatz, denn hier entsteht ebenfalls überschüssige Wärme, die abgeleitet werden muss. Wärmeleitfolien zwischen den sich erhitzenden Komponenten und dem Kühlkörper oder Gehäuse helfen bei der Wärmeableitung.

Vorteile und Herausforderungen von Wärmeleitfolien

Die Verwendung von Wärmeleitfolien bietet viele Vorteile, an erster Stelle steht aber die verbesserte Wärmeableitung. Sie optimieren die Wärmeübertragung von wärmeerzeugenden Komponenten auf Kühlkörper, Gehäuse oder andere Wärmeableiter. Gleichzeitig füllt das Material kleine Lücken zwischen Komponenten und Kühlkörpern auf, die sonst mit Luft gefüllt wären und die Wärmeleitfähigkeit verringern würden. Auch in Geräten, die anfällig für Kurzschlüsse sind, finden Wärmeleitfolien Anwendung. Sie bieten nicht nur thermische Leitfähigkeit, sondern auf Wunsch auch elektrische Isolation. Das verringert das Risiko von Ausfällen und trägt zur allgemeinen Sicherheit bei der Verwendung der Geräte bei. Die Handhabung von Wärmeleitfolien ist in der Regel sehr simpel, das Material ist meistens selbstklebend und in unterschiedlichen Dicken erhältlich, sodass die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung angepasst werden können.

Wärmeleitfolie ist eine gute Lösung für das Wärmemanagement und ist dadurch kaum noch aus Elektronik und Elektrotechnik wegzudenken. Trotzdem gibt es einige Herausforderungen, auf die man sich einstellen sollte. Beispielsweise altern auch Wärmeleitfolien mit der Zeit, denn je nach Material und Einsatzbereich beginnen sie zu zerfallen, was die Wärmeleitfähigkeit verringert. Ähnliche Probleme entstehen bei manchen Folien unter hohem Druck oder bei starken Vibrationen, denn nicht alle Materialien sind immun gegen hohe mechanische Belastungen. Das gleiche gilt für extreme Hochleistungsanwendungen, denn hier kommen die Folien an ihre thermischen Grenzen. Für derartige Bereiche gibt es spezielle Materialien, die den Ansprüchen genügen und auch unter extremen Bedingungen zuverlässig und konstant Wärme ableiten können.