Wärmeableitung auf engstem Raum: PGS

Viele elektronische Geräte verfügen seit dem Trend zur Miniaturisierung nur noch über ein Minimum an Platz. Auch komplexe elektronische Systeme werden auf immer engerem Raum verbaut. Deshalb erfordert es neue Lösungen zur Ableitung und Verteilung der entstehenden Wärme für die unterschiedlichsten Einsatzbereiche – ob in der Industrie 4.0, für Elektro- und Hybridautos, moderne medizinische Geräte oder Solarpaneele.

Um diese Problematik zu lösen, wurde die Pyrolytische Grafitfolie (PGS, Pyrolytic Graphite Sheet) von Panasonic entwickelt – ein ultraleichtes Material, das es auch in der Soft-PGS-Variante gibt. Die Folie gilt mit ihrer Dicke von nur 10µm bis 100µm (PGS) sowie 200ìm (Soft-PGS) als derzeit dünnste thermische Lösung der Welt. Dank ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit sorgt sie für eine effiziente Wärmeverteilung in kompakten Elektronikgeräten.

Zum Einsatz kommt die Pyrolytische Grafitfolie auf folgende Weise:
• In elektronischen Geräten ist die Hitzeableitung von einer Wärmequelle oder die Vermeidung von Hotspots (Wärme an einem zentralen Punkt) erforderlich. Überall, wo schnell Hitze entsteht, leitet sie die PGS-Folie rasch und effektiv ab.
Ein Beispiel: In der integrierten Schaltung einer LED-Applikationen führt die PGS die Wärme zum umschließenden Gehäuse ab, diese verteilt sich gleichmäßig auf einer größeren Oberfläche und wird dann abgegeben.

• Bei IGBTs oder MOSFETs fungiert die PGS als Wärmeschnittstelle zum Schutz vor Beschädigung. Um die entstandene Wärme abzuführen und an die Umgebung abzugeben, erfolgt die Montage der IGBTs und MOSFETs auf Kühlkörpern. So halten diese relativ niedrige Betriebstemperaturen und eine optimale Leistung aufrecht. Zum Minimieren des thermischen Widerstands zwischen Grundplatte und Kühlkörper sowie für eine gute Wärmeleitfähigkeit nutzen Ingenieure ein thermisches Interface-Material. Alternativ zu speziellen Klebern und Pasten kann die Soft-PGS fungieren, sie überbrückt mögliche Luftspalten und Wärmewiderstände.

So funktioniert die PGS von Panasonic:
• Die Herstellung der synthetischen Folie erfolgt aus einem Polymer mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit von 700 bis 1.950 W/mK. Damit übertrifft sie Kupfer um das Fünffache, Aluminium um das Siebenfache. Verglichen mit anderen Silikon- und Grafit-Produkten weist die PGS einen deutlich geringeren Wärmewiderstand auf.
• Die Folienstücke sind sehr anpassungsfähig und verschleißfrei: Sie lassen sie sich mit einem Krümmungsradius von 2 mm um 180 Grad biegen, auch wiederholt mit bis zu 3.000 Biegezyklen. Je nach Bedarf lassen sich die Folienbögen – dank Sechskantstruktur eines Kristalls und zweidimensionaler Kohlenstoffmatrix – zuschneiden, in komplexe dreidimensionale Formen biegen und einfach auf die Hitzequelle kleben.
• Die Soft-PGS ermöglicht eine noch bessere Anpassung an unebene und raue Oberflächen: Dank eines Sinterprozesses entsteht hier eine viel größere Schicht mit Hohlräumen als bei der regulären PGS und erlaubt eine deutlich höhere Kompression von bis zu 40%. Als thermisches Interface-Material wurde sie v. a. für IGBT-Module entwickelt und reduziert dort den Wärmewiderstand auf sehr engem Raum.

Schukat bietet ein Sortiment an Soft-PGS-Standardfolien für verschiedene IGBT-Module unterschiedlicher Hersteller. Die reguläre PGS ist als Grafitbogen mit und ohne wärmestabiler Klebefläche. Das PET-Tape eignet sich für noch größeren Isolationsbedarf. Alle weiteren Fragen zum Material und seiner Verwendung beantwortet Ihnen gerne das Schukat Vertriebsteam.