Gap Filler vs. Gap Pad

gap filler vs gap pad

Gap Filler vs. Gap Pad

Gap filler vs. Gap pad

In einer Vielzahl von Anwendungen müssen Materialien zur Wärmeableitung zum Einsatz gebracht werden: Neue elektronische Geräte und Komponenten, beispielsweise in der Automobilindustrie oder der Consumer-Elektronik, werden immer kleiner. Gleichzeitig werden auf engstem Raum immer mehr Funktionen realisiert.

Unter dem Stichwort Thermal Management wird in diesem Bereich optimiert. Wärmeleitmaterialien finden sich in Hausgeräten ebenso wie in handelsüblichen Smartphones und Tablets oder in LED-Lichttechnik. Weitere Einsatzgebiete sind der Motorenbau, Anwendungen der Leistungselektronik oder Batteriesysteme in Hybrid- und Elektroautos.

Immer wird versucht, die Wärme aus elektrischen Komponenten über verbesserte Kontakte in einen Kühlkörper bzw. in eine als Kühlkörper fungierende Baugruppe abzuführen.

Um größere Spalte zu schließen und damit die Wärmeableitung zu verbessern, stehen prinzipiell zwei Produkte zur Verfügung: Gap Filler und Gap Pads

Was ist ein Gap Filler?

Gap-Filler sind wärmeleitende, flüssig aufgetragene Materialien. Diese wärmeleitenden Gap-Filler werden oft durch dosiertes Mischen eines zweikomponentigen Systems mit einer Dosieranlage aufgetragen. Als Grundlage werden oft silikonbasierende, polyurethanbasierende oder acrylatbasierende Systeme verwendet. Die silikonfreien Gap-Filler- Systeme auf Polyurethan-oder Arcylat-Basis werden zunehmend eingesetzt.

Wenn diese Materialien aufgebracht worden sind, härtet der Gap Filler aus. Nach dem Aushärten bildet das Material eine feste, aber nachgiebige Grenzfläche, die die Wärme von den elektronischen Komponenten ableitet, was zu einer längeren Lebensdauer und höheren Leistung führt.

Sie werden oft als Ersatz für Wärmeleitpads verwendet, da sie eine geringere thermische Impedanz erreichen und mehr Flexibilität beim Design bieten. Die Gap-Filler eignen sich auch gut für die Großserienproduktion von elektronischen Bauteilen wie Batterien, Wechselrichtern/Umrichtern, Motoren und Leistungselektronik.

Was ist ein Gap Pad?

Gap-Pads sind weiche, elastische, relativ dicke Matten mit wärmeleitenden Eigenschaften. Gappads gleichen durch ihre Materialstärke und Elastizität Höhendifferenzen zwischen Bauteilen aus. Auch hier werden als Grundlage oft silikonbasierende, polyurethanbasierende oder acrylatbasierende Systeme verwendet. Die silikonfreien Systeme auf Polyurethan-oder Arcylat-Basis werden zunehmend eingesetzt.

Die geringe Selbsthaftung der Gap-Pads, die durch spezielle Einstellungen erreicht werden kann, ermöglicht in vielen Fällen eine vereinfachte Vormontage. Wo stärkere Klebkräfte benötigt werden, können auch selbstklebende Versionen der Gappads eingesetzt werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass der Kleber zum System passt, also silikonbasierende, polyurethanbasierende oder acrylatbasierende Klebersysteme verwendet werden.

Was ist der Unterschied zwischen Gap Fillern und Gap Pads?

Gap-Filler werden oft durch das Mischen eines zweikomponentigen Systems aufgetragen, das auf eines der beiden Substrate (z.B. elektronisches Bauelement) aufgetragen wird. Dieses Bauelement wird dann mit einem Kühlkörper zusammgeführt bis eine bestimmte Dicke erreicht ist. Das Material bildet dann eine feste, aber nachgiebige Grenzfläche. Auch ist es möglich, bestehende Hohlräume mit Gap fillern auszufüllen, so daß kein Druck ausgeübt werden muss.

Wärmeleitpads hingegen werden in eine gewünschte Form vorgeschnitten, auf ein Substrat aufgebracht, auf die eingestellte Dicke zusammengedrückt und fixiert.

Die aufgebrachte Drucklast zwingt das feste, aber nachgiebige Pad, einen engen Kontakt mit den rauen Oberflächen der Kühlkörper, der Leiterplatte oder des Bauteils herzustellen. Gap-Filler fließen im Gegensatz zu festen Wärmeleitpads, in die kleinen Täler, verschließen Oberflächenrauhigkeiten und schaffen einen engeren Kontakt mit der Oberfläche der einzelnen Bauelemente. Dies ermöglicht eine effizientere Wärmeübertragung zwischen den oberen und unteren Substraten durch den Einsatz des Gap-Fillers.

Vergleicht man die wichtigsten Eigenschaften der beiden Typen, so sind die relativen Kosten für die Verwendung von Wärmeleitpads aufgrund des entstehenden kostspieligen Ausschusses hoch. Die Gap-Pads werden im Gegensatz zu den Gap-Fillern zunächst in Mattenform gefertigt und dann gestanzt oder geplottert. Hier entsteht zwangsläufig mehr Abfall. Bei Gap Pads kommt es häufiger zu Lufteinschlüssen, da sie die winzigen Zwischenräume, die durch die Oberflächenrauhigkeit entstehen, nicht erreichen können.

Gap-Filler sind die Antwort für Design-Flexibilität, da die Härte und die Verarbeitungszeit über das Mischungsverhältnis der beiden Teile des Gap-Fillers eingestellt werden können. Und wenn es um das Auftragen des Produkts geht, können die Gap Pads mit dem großen Formfaktor schwierig aufzutragen sein, ohne dass Luft eingeschlossen wird, und die Automatisierung ist schwierig. Andererseits sind Gap Filler gut für die Großserienproduktion geeignet.

Es ist allerdings auch zu berücksichtigen, dass auch die Automatisierung der Gap Filler Verarbeitung mit Kosten verbunden ist. Häufig entscheiden sich unsere Kunden in einem ersten Schritt für den Einsatz vor konfektionierter Gap Pads, um dann später in einem Großserienprojekt auf die automatisierte Verarbeitung der Gap-Filler zu setzen.

Wie kann man die Aushärtegeschwindigkeit eines Gap-Fillers erhöhen?

Um die Aushärtegeschwindigkeit der meisten Gap Filler, Vergussmaterialien und/oder Klebstoffe zu erhöhen, muss die Temperatur des Teils, auf das die Materialien aufgetragen werden, erhöht werden. Dies kann mit einem Ofen, einer Wärmelampe oder einer Induktionserwärmung erfolgen. Die Teile können auf die gewünschte Temperatur vorgewärmt werden, oder das Material kann zuerst aufgetragen und dann das Teil erwärmt werden.

Als allgemeine Faustregel gilt, dass sich die Aushärtungsgeschwindigkeit pro 10 Grad Celsius Temperaturerhöhung ungefähr verdoppelt. Es ist zu beachten, dass bei starren Materialien eine Erhöhung der Aushärtungsgeschwindigkeit das Risiko erhöht, eine hohe innere Spannung im Material zu erzeugen, die seine mechanische Festigkeit und seine Fähigkeit, thermischen und/oder mechanischen Schocks zu widerstehen, beeinträchtigen kann.

Grundsätzlich empfehlen wir, sehr sorgfältig in der Bestimmung des Temperaturverlaufs zu sein, da es neben Schädigungen der eigentlichen Gap-Filler-Materialien auch zu Schädigungen der elektronischen Bauelemente kommen kann.

Welche Wärmeleitfähigkeiten können mit Gap Fillern bzw. Gap Pads erreicht werden?

Die bei verfügbaren Gap Filler weisen Wärmeleitfähigkeiten von bis zu 7 W/mK bei unterschiedlichen Shore-Härten auf. Die Gappads werden mit Wärmeleitfähigkeiten von bis zu 17 W/mK ausgeliefert.

Silikonfreie und silikonhaltige Gap Filler und Gap Pads

Im Standard-Lieferprogramm enthalten sind silikonfreie Gapfiller und Gappads sowie silikonhaltige Gapfiller und Gappads. Es gibt eine Reihe von Auswahlkriterien, welche Lösung die geeignete ist.

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