Wärmeleitpaste dosieren

Die Lösung für heiße Fälle

Bei Wärmeleitpasten handelt es sich um hochviskose, mit speziellen Füllstoffen angereicherte Vergussmedien, die eine zuverlässige Wärmeableitung zwischen zwei Bauteilen sicherstellen. Durch die Etablierung neuer Technologien und die zunehmende Miniaturisierung elektronischer Komponenten ist die Nachfrage nach diesen Materialien vor allem in den letzten Jahren stark angestiegen. Beim Dosieren von Wärmeleitpasten muss auf eine abgestimmte Anlagentechnik geachtet werden, um die Materialien und Auftragssysteme nicht zu schädigen.

Wärmeleitpasten sind mit wärmeleitfähigen Füllstoffen angereicherte, pastöse 1K- oder 2K-Medien. Sie verbessern die Wärmeübertragung zwischen zwei Objekten, beispielsweise zwischen einer Platine und einem Kühlkörper, und tragen so dazu bei, Leistungsabfälle und Defekte zu verhindern. Diese Materialien werden häufig auch als Gap Filler bezeichnet. Gebräuchlich sind ein- oder zweikomponentige Vergussmassen auf Basis von Silikon, Epoxid oder Polyurethan. Durch die Zugabe von Additiven oder Füllstoffen lassen sich die Eigenschaften von Wärmeleitpasten gezielt modifizieren und an die jeweilige Anwendung anpassen.

Eine wichtige Rolle beim Einsatz von wärmeleitenden Vergussmaterialien spielt ihr spezifischer Wärmeleitfähigkeitskoeffizient λ, der oftmals auch vereinfacht als Wärmeleitfähigkeit oder Wärmeleitzahl bezeichnet wird. Dieser Wert (Einheit: W/(m∙K)) kennzeichnet die Fähigkeit eines Stoffes, thermische Energie mittels Wärmeleitung zu transportieren. Je höher die Wärmeleitfähigkeit, desto größer ist die Wärmeübertragung pro Zeiteinheit.

Wärmeleitpasten: Eigenschaften und Anwendungsgebiete

Wärmeleitpasten werden im Automobilbereich, in der Elektro- und Elektronikindustrie sowie in zahlreichen weiteren Branchen eingesetzt. Gerade in den letzten Jahren war ein überproportional stark ansteigender Verbrauch dieser Materialien zu beobachten. Dies ist unter anderem auf die Etablierung neuer bzw. die rasante Weiterentwicklung bewährter Technologien zurückzuführen. Beispiele hierfür sind die LED-Technologie oder der Verguss von Batterien im Bereich E-Mobility. Auch durch die zunehmende Miniaturisierung elektronischer Komponenten in allen Bereichen gewinnt das Thema Wärmemanagement stetig an Bedeutung.

Die thermische Leitfähigkeit von Wärmeleitpasten wird über spezielle Füllstoffe wie Aluminiumoxid, Silber oder Bornitrid hergestellt. Diese Füllstoffe, die beispielsweise die Form von Bruchstücken, Kugeln oder Würfeln besitzen können, weisen oftmals sehr hohe Härtegrade sowie scharfkantige Formgebungen auf. Bei der Auswahl der Systeme, die für das Aufbereiten und Dosieren von Wärmeleitpasten zum Einsatz kommen sollen, muss deshalb unbedingt auf eine angepasste Anlagenauslegung geachtet werden. Ansonsten riskieren Anwender hohe Wartungs- und Reparaturkosten.

Spezialfall Wärmeleitkleber

Wärmeleitkleber übernehmen eine Doppelfunktion: Während Wärmeleitpasten dosiert werden, um zwei Bauteile thermisch miteinander zu koppeln, sorgen Wärmeleitkleber neben der thermischen zusätzlich für eine mechanische Kopplung. Die spezifische Wärmeleitfähigkeit dieser Klebstoffe ist im Vergleich zu Wärmeleitpasten in der Regel geringer. Um die Doppelfunktionalität des Materials zuverlässig gewährleisten zu können, kommt es hier darauf an, die Menge der Füllstoffe präzise an das Trägermaterial anzupassen. Denn ein erhöhter Füllstoffanteil zur Verbesserung der Wärmeleiteigenschaften hätte eine unmittelbare Verschlechterung der Klebeeigenschaften zur Folge. Umgekehrt besteht bei einem zu hohen Klebstoffanteil die Gefahr, dass sich die Verbindung unter Temperatureinfluss zu lösen beginnt.

Wärmeleitpasten: Verarbeitung und Verguss

Um bei der Applikation von Wärmeleitmaterialien optimale Ergebnisse zu erhalten, ist die Wahl des richtigen Dosiersystems entscheidend. Während sich Zahnraddosierer für derart hochgefüllte und pastöse Materialien nicht eignen, bieten Kolbendosiersysteme aufgrund ihrer Robustheit und hohen Präzision beim Mischvorgang entscheidende Vorteile.

  • Speziell für automatisierte Produktionsprozesse mit kurzen Taktzeiten hat Scheugenpflug seinen bewährten Kolbendosierer Dos P weiterentwickelt. Mit dem Dos P016 TCA lassen sich hochviskose und hochgefüllte Wärmeleitpasten bis zu dreimal schneller dosieren – bei konstant hoher Dosiergenauigkeit. 
    Mehr zum Dos P016 TCA

1K-Wärmeleitpasten müssen zwar vor der Applikation nicht gemischt werden, im Vergleich zu 2K-Systemen ist hier jedoch eine aufwändigere Logistik notwendig. Je nachdem, ob die Vernetzung durch Luftfeuchtigkeit, UV oder Temperatur initiiert wird, müssen verschiedene Vorkehrungen getroffen werden, damit das Material nicht bereits vor seiner eigentlichen Verwendung auszuhärten beginnt. Dies kann eine kontinuierliche Kühlung des Materials ebenso umfassen wie eine spezielle Lagerung der Gebinde und Kartuschen. Mit 2K-Wärmeleitpasten lassen sich dagegen oftmals bessere Materialeigenschaften erzielen als mit 1K-Systemen, darüber hinaus profitieren Anwender hier von kürzeren Aushärtungszeiten und reduzierten VOC-Emissionen.

Um optimale Vergussergebnisse zu erzielen und Anlagenstillstände zu vermeiden, sollten Anwender darauf achten, beim Aufbereiten, Fördern und Dosieren der Wärmeleitpasten auf speziell für solche Materialien optimierte Anlagentechnik zurückzugreifen. Für die schonende Förderung von hochviskosen Wärmeleitmedien ohne Lufteinschlüsse hat Scheugenpflug zwei robuste Materialfördereinheiten im Programm:

  • Die A220 wurde speziell für sehr pastöse Vergussmaterialien ohne abrasive Füllstoffe konzipiert.
    Mehr zur A220
  • Die Fördereinheit A280 empfiehlt sich, wenn hochviskose und gleichzeitig stark abrasive Wärmeleitmedien dosiert werden sollen.
    Mehr zur A280
TIPP: Muss die Materialkartusche aufgrund ihrer Größe über zusätzliche Leitungen mit dem Dosierer verbunden werden, kann der Einsatz eines sogenannten „Boosters“ sinnvoll sein. Er verstärkt den Förderdruck und sorgt so auch bei der Dosierung von hochpastösen Wärmeleitmedien für hohe Dosiergeschwindigkeiten.

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