Wärmeleitpaste vs. Wärmeleitpads

Der Umgang mit überschüssiger Wärmeenergie (Wärme) ist ein wichtiger Aspekt der heutigen Design- und Fertigungsprozesse in der Elektronik. Der Spagat zwischen Designkonzepten und den tatsächlichen Gegebenheiten in der Produktion lässt Ingenieure oft um den optimalen Ansatz ringen.

Während Kühlkörper oder andere mechanische Komponenten dazu beitragen, die Temperaturen in der Elektronik so niedrig wie möglich zu halten, spielen auch die Wärmeleitmaterialien, die zur Verbindung dieser Komponenten mit anderen elektronischen Bauteilen verwendet werden, eine wichtige Rolle. Da der Trend zu immer dünneren und kleineren Geräten anhält, sind Wärmeleitmaterialien oft eine wichtige Ressource zur Ableitung überschüssiger Wärme. 

Wärmeleitmaterialien (TIM) in Form von Pads sind in der Elektronikfertigung am weitesten verbreitet und machen den Großteil des gesamten TIM-Marktes aus. Wärmeleitpads gibt es in verschiedenen Ausführungen, darunter dünne Filme, dickere Lückenfüller und Phasenwechselmaterialien. Diese Pads werden in der Regel mit einem manuellen Verfahren und/oder einem leichten Klebstoff kalt aufgetragen, um die Haftung des Pads auf dem Bauteil zu unterstützen – Spezialwerkzeuge sind dazu nicht erforderlich.

Das einfachere Aufbringen der Wärmeleitpads wird häufig durch die hohen Herstellungskosten aufgrund der manuellen Aufbringung und der individuellen Stanzung jedes Pads im Gerät ausgeglichen. In einigen Fällen kann es bis zu 20 oder mehr unterschiedlich große Wärmeleitpads für ein Gerät geben. Die Kosten für die Erstellung neuer Pad-Größen können erheblich sein, wenn die Geräte aufgrund von Marktveränderungen neu gestaltet werden, und dies wirkt sich auf die Rentabilität und Realisierbarkeit vieler Geräteneukonstruktionen aus.

Darüber hinaus haben die meisten TIM-Pads Begrenzungen bei der Durchbiegung. Die Monteure müssen vermeiden, dass die Wärmeleitpads brechen oder zerrissen werden, da dies zu Leistungseinbußen und möglichen Produktrückrufen führen könnte.

Die Alternative zu Wärmeleitpads sind dosierbare Wärmeleitmaterialien in einer Vielzahl von Formen, einschließlich nicht aushärtender Verbindungen, Klebstoffe, Verkapselungen und Gele.

Hersteller, die dosierbare Wärmeleitmaterialien verwenden, erzielen in der Regel erhebliche Kosteneinsparungen aufgrund der folgenden Faktoren:

• die Arbeits- und Personalkosten werden drastisch gesenkt, da der Materialversorgungs- und -dosierprozess in der Regel automatisiert ist 
• Kosten, die mit der Erstellung mehrerer kundenspezifischer Größen der Wärmleitpads verbunden sind, entfallen mit einer Material-SKU für das Wärmleitmaterial und kundenspezifischen Dosiermöglichkeiten 
• zusätzliche Konstruktions- und Materialkosten für die Neugestaltung der Geräte und die Änderung der Wärmeleitpad-Größen entfallen 
• präzise Dosiersysteme für Wärmeleitmaterialien eliminieren (nach ihrer Optimierung) praktisch überschüssiges Material und dies führt langfristig zu erheblichen Materialeinsparungen

Da die meisten Elektronikhersteller in der Regel mit dem manuellen Aufbringen von Pads vertraut und häufig risikoscheu sind, ist die Akzeptanz von dosierbaren Wärmeleitmaterialien verständlicherweise gering. Die allgemeine Auffassung ist, dass alle dosierbaren Produkte zu Verschmutzungen führen und schwer zu kontrollieren sind – was letztlich Probleme bei der Materialhandhabung verursacht.

In Verbindung mit einer begrenzten Erfahrung in der Dosierung von flüssigen Materialien und einer minimalen Kenntnis der Dosiergeräte für Flüssigkeiten fürchten Verfahrenstechniker und Betriebsleiter schlechte Herstellungsprozesse, die zu einem ungenauen Auftrag der Wärmeleitmaterialien, zu Ausfallzeiten und zu einem geringeren Durchsatz führen.

Geschichten aus den Anfängen der Verwendung von dosierbaren Wärmeleitmaterialien haben wahrscheinlich zu einer negativen Wahrnehmung beigetragen. Bei der Dosierung von flüssigen Materialien, insbesondere von Wärmeleitmaterialien, sind die Probleme mit der Viskosität und der Dosiergenauigkeit nicht leicht zu lösen. Unabhängig davon, ob sich die Bedenken auf potenzielle Nacharbeit, Sauberkeitsaspekte oder die Anforderungen einer bestimmten Anwendung beziehen, lassen diese falschen Vorstellungen die Herausforderungen in der Fertigung unüberwindbar erscheinen.

In der Elektronikfertigung hängt der langfristige Erfolg von der Entwicklung des richtigen Prozesses ab. Die Umstellung von Pads auf dosierbare Wärmeleitmaterialien ist dabei keine Ausnahme. Die Hersteller suchen einfach nach einer Bestätigung, dass ein neues Verfahren zur automatischen Materialabgabe funktioniert.

In den meisten Fällen beginnen erfolgreiche Prozesse mit einer produktiven Zusammenarbeit zwischen mehreren Fachleuten. Bei der Umstellung auf dosierbare Wärmeleitmaterialien ist es von entscheidender Bedeutung, die richtigen externen Partner zu finden, die eine echte Partnerschaft und kontinuierliche Unterstützung bieten, um die Hersteller durch den Umstellungsprozess zu führen. 

Da Budgets und Ressourcen immer knapp sind, ist eine erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen dem Materiallieferanten und dem Anbieter von Dosiergeräten von größter Bedeutung. Durch die Zusammenarbeit in einer ersten Planungsphase können diese Partner geeignete Dosierversuche durchführen, Versuchsszenarien durchspielen und Prozessdaten liefern, die den Elektronikherstellern dabei helfen, einen erfolgreichen Prozess zu erkennen und zu verfeinern.

Da die Materiallieferanten es vorziehen, sich gegenüber den Geräteherstellern neutral zu verhalten, kann die Suche nach den richtigen Partnern einige Zeit in Anspruch nehmen. Eine weitere Herausforderung ergibt sich aus der typischen Konfiguration der automatischen Dosiergeräte.

Die meisten automatisierten Lösungen zur Materialabgabe sind eine Mischung aus verschiedenen Produkten und Technologien für die Zufuhr, die Dosierung, den XYZ-Bewegungstisch und die Bewegungssoftware. Dazu ist es notwendig, dass die Hersteller mit mehreren Lieferanten für die Einrichtung und laufende Wartung der automatischen Materialabgabegeräte zusammenarbeiten. 

Für Elektronikhersteller, die von Wärmeleitpads auf dosierbare Wärmeleitmaterialien umsteigen möchten, ist UniXact von Graco das einzige durchgängig automatisierte Materialdosiersystem auf dem Markt, das alle Komponenten, die XYZ-Bewegung und die Software aus einer Hand bietet.

Graco setzt seit 1926 den weltweiten Standard für Materialmanagement-Technologie. Wir verfügen über die Erfahrung und die Beziehungen zu den Materiallieferanten, um gemeinsam herauszufinden, wie Wärmeleitmaterialien oder andere Dichtmittel und Klebstoffe für eine Vielzahl von Anwendungen in der Elektronikfertigung genau dosiert werden können. Wir konzentrieren uns darauf, durch die Zusammenarbeit mit unseren Kunden und deren Materialherstellern die beste Kundenerfahrung in der industriellen Fertigung zu bieten, um bei der Fehlersuche und beim Testen zu helfen und Lösungen für Probleme zu finden, die andere Gerätehersteller nicht lösen können. 

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Graco Sie bei der präzisen Dosierung von Wärmeleitmaterialien unterstützen kann, um überschüssige Wärme mit einer genauen, zuverlässigen Präzisionsdosierung von Wärmeleitmaterialien zu kontrollieren, besuchen Sie UniXact.