Gap-Filler: effizientes thermisches Management für Elektronik


Hala Gap Filler
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In der modernen Elektronik sind Geräte und Komponenten oft unterschiedlich hoch und nicht planar, was zu Spalten und Toleranzen führt. Diese müssen für ein effektives thermisches Management ausgeglichen werden. Hier kommen Gap-Filler und Gap-Filler-Pads ins Spiel: Sie sind unverzichtbare Materialien, die nicht nur den thermischen Widerstand zwischen Bauteilen und Kühlkörpern minimieren, sondern auch die Lebensdauer und Zuverlässigkeit elektronischer Systeme erhöhen.

Diese Elemente werden auch als Thermische Interface-Materialien (TIM) bezeichnet. Sie füllen nahezu vollständig und dauerhaft Spalten. Je nach Anwendung werden dabei entweder wärmeleitende Pads oder entsprechende Pasten (Filler) genutzt. Beide verfügen über eine natürliche Selbsthaftung, weshalb bei der Verwendung keine zusätzlichen Verbindungsstoffe zur Haftung notwendig sind.

Was sind Gap-Filler und wozu werden sie benötigt?

Gap-Filler sind wärmeleitende Materialien, die eingesetzt werden, um den Abstand zwischen elektronischen Bauteilen und Kühlsystemen auszugleichen. Diese Materialien sind besonders wichtig, da elektronische Komponenten während des Betriebs Verlustwärme erzeugen, die abgeführt werden muss, um Überhitzung und Beschädigung zu vermeiden.

Gap-Filler gleichen die Höhendifferenzen zwischen den Bauteilen aus und ermöglichen eine effektive Wärmeübertragung zu einem Kühlkörper oder Kühlgehäuse. Durch ihre elastischen Eigenschaften minimieren sie zudem Vibrationen, die empfindliche Anwendungen beeinträchtigen könnten.

Gap-Filler finden in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen Verwendung. Im Automotivebereich kommen sie beispielsweise in Infotainment-Systemen, Steuergeräten, Buscontrollern und Batterien für E-Mobilität zum Einsatz. In der IT sind sie in Notebooks, Industriecomputern, Routern, Servern und Grafikkarten unverzichtbar. Auch in der Medizintechnik sowie bei Consumer Electronics sind Gap-Filler entscheidend, um sicherzustellen, dass die Wärme effizient abgeführt und die Lebensdauer der Geräte erhöht wird.

Anwendungsbereiche für Gap-Filler im Überblick:

  • Automotive
  • Consumer Electronics
  • Informationstechnologie (IT)
  • Telekommunikation
  • Energieerzeugung
  • Luft- und Raumfahrt
  • Industrieautomation
  • Robotertechnik

Beschaffenheit und Eigenschaften

Die Zusammensetzung von Gap-Fillern ist speziell auf die Anforderungen der jeweiligen Anwendung abgestimmt. Sie bestehen typischerweise aus Silikonelastomeren, die mit wärmeleitenden Füllstoffen wie Keramikpulver auf Basis von Aluminiumoxid, Zinkoxid oder Bornitrid ergänzt werden. Diese Materialien bieten nicht nur eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, sondern auch elektrische Isolationseigenschaften und sind in verschiedenen Formen und Größen erhältlich, um den spezifischen Anforderungen gerecht zu werden.

Flüssig und pastös

Wärmeleitfähige Materialien, die als Pasten im flüssigen Zustand aufgetragen werden, heißen Gap-Filler. Zumeist wird das Wärmeleitmaterial aus zwei Komponenten in einer Dosieranlage gemischt und auf die Anwendung aufgetragen. Für den Einsatz benötigen Unternehmen daher eine entsprechende Anlage. Solche 2-Komponenten-Filler (2K) härten bei Raumtemperatur durch Additionsvernetzung aus.

Diese Polymerisation wird durch eine Temperaturerhöhung beschleunigt. Alternativ existieren 1-Komponenten-Filler (1K), sogenannte Putties, die nicht vulkanisieren. Da beim Auftrag von flüssigen 1K- oder 2K-Wärmeleitmaterialien (TIM) kein oder nur minimaler Druck bei der Montage ausgeübt wird, sind sie vorrangig bei mechanisch sensiblen Bauteilen (FPGA, BGA, Amplifier Chips, CPUs etc.) eine ideale Lösung. Da Gap-Filler alle Unebenheiten und Spalte komplett ausfüllen, ermöglichen sie eine besonders effiziente Wärmeübertragung zwischen Bauteil und Kühlkörper.

Gap-Filler-Pads dreidimensional

Als Gap-Filler-Pads oder flexible Wärmeleitpads werden weiche, elastische Matten mit wärmeleitenden und mechanischen Kompressionseigenschaften bezeichnet. Auch sie gleichen Höhendifferenzen zwischen Bauteilen aus und haben die gleiche Grundlage wie pastöse Gap-Filler. Die Sheets werden durch hoch präzise Plotter-Automaten oder im Stanzprozess auf die gewünschte Form vorgeschnitten.

Anschließend bei der Montage werden sie auf die eingestellte Dicke zusammengedrückt. Dies führt zu einem engen dauerhaften Kontakt zwischen dem Bauteil und dem Kühlkörper, der die Wärmeableitung sicherstellt. Da beim Aufbringen und danach immer Druck ausgeübt wird, sind klassische härtere Gap-Filler-Pads nicht für sehr druckempfindliche Komponenten geeignet.

Dank eines neuen Verfahrens kann HALA einige seiner Gap-Filler-Pads dreidimensional anpassen und so eine quasi multiplane Anbindung der Bauteile durch ein Pad ermöglichen – ohne hohen Druck und unabhängig von der Höhe. Die Form des Pads ist dabei präzise auf die individuellen Toleranzen und Bauhöhen der Anwendung zugeschnitten.

Varianten von Gap-Fillern bei HALA

Bei HALA finden Sie sowohl silikonhaltige Gap-Filler als auch Produkte mit minimalem Siloxan-Gehalt sowie 100 % silikonfreie Varianten. Der Unterschied zwischen 1-Komponenten- (1K) und 2-Komponenten-Gap-Fillern (2K) liegt in der Anwendung und Verarbeitung. 1K-Gap-Filler sind hochviskose, thixotrope Pasten, die manuell oder mit Autodispensiergeräten aufgetragen werden können. 2K-Gap-Filler hingegen werden in automatisierten Produktionslinien gemischt und appliziert, was besonders bei großvolumigen Anwendungen von Vorteil ist. Diese Materialien sind ideal für den Ausgleich von extremen Toleranzen und erfordern keine Druckausübung, was Stress auf die Bauelemente vermeidet.

HALA – Ihr Partner für Gap-Filler und Gap-Filler-Pads

HALA verfügt über eine breite Palette an Gap-Fillern und Pads sowie die Möglichkeit, individuelle Lösungen zu entwickeln, die exakt auf Ihre Anforderungen abgestimmt sind. Während viele Anbieter nur vorgefertigte Standardvarianten führen, die möglicherweise nicht optimal für Ihre spezifischen Anwendungen geeignet sind, profitieren Sie bei HALA von einer Expertenberatung.

Für den professionellen Anwender muss zudem gewährleistet sein, dass eine Lösung langfristig erhältlich ist, sich für steigende Produktionsmengen kostengünstig skalieren lässt und die Prozesse des Qualitätsmanagements strikt eingehalten werden. Wir unterstützen Sie dabei, das optimale thermische Management für Ihr Projekt zu finden. Kontaktieren Sie uns direkt – wir beraten Sie jederzeit kostenlos und bequem online.

Unsere Varianten:

  • soft, ultra soft, elastisch, plastisch, dispensierbar
  • beid- oder einseitig haftend durch Laminat oder Oberflächenbehandlung oder klebend
  • Verstärkung durch Glasfaserlaminat
  • Silikon, silikonfrei oder niedrig volatile Siloxane (LV)

 

TGF-YP-SI Silikon Gap Filler plastisch

Viele elektronische Anwendungen bestehen heute aus einer Vielzahl an Bauteilen, die unterschiedlich hoch, also nicht planar sind. Das führt zu Spalten und Toleranzen, die im Rahmen eines effizienten Thermischen Managements ausgeglichen werden müssen. Denn im Betrieb erzeugen diese Bauteile Verlustwärme. Um eine Überhitzung und dadurch eine Beschädigung der Komponenten und Verringerung ihrer Lebensdauer zu vermeiden, werden in solchen Anwendungen heute die wärmeleitenden Eigenschaften von pastösen Gap Fillern und festen Gap Filler Pads genutzt. Dank ihres weichen und langfristig elastischen Charakters gleichen diese dabei Höhendifferenzen zwischen den Bauteilen aus. Dadurch können diese gemeinsam an einen einzigen Kühlkörper oder an ein Kühlgehäuse angebunden werden. Vor allem aber minimieren sie dabei den thermischen Widerstand zwischen den elektronischen Bauteilen und der Wärmesenke und schützen so das gesamte System vor Überhitzung und schneller Alterung. Dank ihrer Elastizität vermindern sie zudem Vibrationen der empfindlichen Anwendungen.

Die genaue Zusammensetzung von Wärmeleitmaterialien ist auf die Wärmeleitfähigkeit und den thermischen Kontakt in der Anwendung abgestimmt. Hinzu kommen Aspekte wie elektrische Isolationseigenschaften, maximale Betriebstemperaturen in der diese arbeiten. Auch der verfügbare Platz und das Budget spielen eine Rolle. Die meisten Produkte basieren auf Silikonelastomeren, die mit wärmeleitenden Füllern – häufig Keramikpulver auf Basis Aluminiumoxid, Zinkoxid oder Bornitrid – aufgefüllt werden. Bei Silikonen gibt es Polymere mit einem sehr geringem Gehalt an volatilen Siloxanen (Low Volatile LW), was für den Schutz von Kontakten eine Rolle spielen kann und der Eigenschaft Lack nicht abzuweisen (LABS / PWIS)

Bei HALA bieten wir sowohl silikonhaltige als auch minimal siloxane sowie 100% silikonfreie Produkte an.

Flüssige oder pastöse Gap-Filler gibt es entweder als 1-Kompontenen- (1K) oder 2-Komponenten-Filler (2K).

1-Komponenten Materialien sind hochviskose wärmeleitende Pasten, die dauerhaft flüssig bleiben und sich thixotropisch Form-in-Place verhalten. Sie lassen sich mit Autodispensiergeräten oder händisch auftragen.

Bei 2-Komponenten Gap-Filler werden die beiden Komponenten des Wärmeleitmittels getrennt voneinander gelagert und bei großvolumigen Applikationen in automatisierten Produktionslinien erst unmittelbar vor dem Auftragen über eine Hebe-und Dosieranlage in einem Mischrohr vermengt und auf die Anwendung dispensiert. Dort polymerisiert das Material bis es ausgehärtet ist. Diese Dosiereinrichtungen sind mit Investitionen verbunden. Bei kleinvolumigen Anwendungen wird bevorzugt manuell dispensiert. Diese Materialien eignen sich zum Ausgleich von extremen Toleranzen und Spalten bei nicht planaren Aufbauten. Eine Druckausübung ist dabei nicht notwendig und findet nicht statt, wodurch Stress auf Bauelemente vermieden wird. Dies erlaubt eine genaue Positionierung (Form-in-Place) sowie eine platzierte Aushärtung (Cure-in-Place).

Typischerweise kommen Gap Filler überall dort zum Einsatz, wo die Distanz zwischen elektronischen Bauteilen und Kühlköper recht groß ist und die unterschiedliche Höhe der Komponenten deren Anbindung an den Kühlkörper erschwert. Typisch ist die Verwendung:

  • im Automotivebereich (z.B. Infotainment, Steuergeräte, Bus Controler, Servomotoren, Leistungshalbleiter, Batterien für E-Mobilität),
  • in allen Bereichen der IT-Technik (z.B. Notebooks, Industriecomputer, Router, Server, Speicher, Grafikkarten, Treiberchips)
  • der Stromversorgung (z.B. Wechselrichter, Induktivitäten)
  • in der Medizintechnik
  • sowie im Bereich Consumer Electronic.

Sollte es für einen speziellen Anwendungsfall kein passendes Produkt im Sortiment von HALA geben, finden oder entwickeln wir gemeinsam mit unseren Kunden eine spezifische Lösung, die exakt an die gewünschten Anforderungen angepasst ist. Sprechen Sie gerne einen unserer Experten an. Wir beraten Sie jederzeit kostenlos.

Grundsätzlich wird zwischen flüssigen bzw. pastösen Gap Fillern sowie festen elastomeren Gap Filler Pads unterschieden. Von beiden Varianten gibt es verschiedene Ausführungen, die sich vor allem in ihrer thermischen Leitfähigkeit und Anpassung durch Verformung unterscheiden. Für nahezu jede Anforderung hat HALA das passende Wärmeleitmaterial im Sortiment: Soft, ultra soft, elastisch, plastisch, beid- oder einseitig haftend oder mit Glasfaserlaminat verstärkt, dielektrisch absichernd durch Glaskugeln sind nur einige der Eigenschaften der bei uns erhältlichen Spalt füllenden Produkte. Neben den klassischen Produkten auf Basis von elastischen Silikonpolymeren, bieten wir auch silikonfreie und niedrig siloxane (LV low volatile) Varianten an, die dort zum Einsatz kommen, wo Silikon kritisch oder unerwünscht ist.

Wärmeleitfähige Materialien, die als Pasten im flüssigen Zustand aufgetragen werden, heißen Gap Filler. Zumeist wird das Wärmeleitmaterial aus zwei Komponenten in einer Dosieranlage gemischt und auf die Anwendung aufgetragen. Für den Einsatz benötigen Unternehmen daher eine entsprechende Anlage. Solche 2-Komponenten-Filler (2K) härten bei Raumtemperatur durch Additionsvernetzung aus. Diese Polymerisation lässt sich durch Temperaturerhöhung beschleunigen. Alternativ gibt es 1-Komponenten-Filler (1K), Putties, die nicht vulkanisieren. Da beim Auftrag von flüssigen 1K oder 2K Wärmleitmaterialien (TIM) kein oder nur minimaler Druck bei der Montage ausgeübt wird, sind sie vor allem bei mechanisch sensiblen Bauteilen (FPGA, BGA, Amplifier Chips, CPUs, etc.) eine ideale Lösung. Da Gap Filler alle Unebenheiten und Spalte komplett ausfüllen, ermöglichen sie eine besonders effiziente Wärmeübertragung zwischen Bauteil und Kühlkörper.

Als Gap Filler Pads oder flexible Wärmeleitpads werden weiche, elastische Matten mit wärmeleitenden und mechanischen Kompressionseigenschaften bezeichnet. Auch sie gleichen Höhendifferenzen zwischen Bauteilen aus und haben die gleiche Grundlage wie pastöse Gap Filler. Die Sheets werden durch hochpräzise Plotter Automaten oder im Stanzprozess auf die gewünschte Form vorgeschnitten und dann bei der Montage auf die eingestellte Dicke zusammengedrückt. Dies führt zu einem engen dauerhaften Kontakt zwischen dem Bauteil sowie dem Kühlkörper, der die Wärmeableitung sicherstellt. Da bei beim Aufbringen und danach Druck immer ausgeübt wird, sind klassische härtere Gap Filler Pads nicht für sehr druckempfindliche Komponenten geeignet.

Dank eines neuen Verfahrens kann HALA einige seiner Gap Filler Pads dreidimensional anpassen und so eine quasi multiplane Anbindung der Bauteile durch ein Pad ermöglichen – ohne hohen Druck und unabhängig von der Höhe. Denn die Form des Pads ist dabei präzise auf die individuellen Toleranzen und Bauhöhen der Anwendung zugeschnitten.

Üblicherweise bestehen moderne Gap Filler Pads aus mit Keramik gefüllten Silikonelastomeren höchster Qualität. Einige Anwendungen sind jedoch empfindlich gegen Silikone beziehungsweise gegen deren unvermeidliche Ausgasungen von flüchtigen Siloxanen. Dies ist beispielsweise bei Schaltern, Relais, offenen Kontakten der Fall. Bei solchen Anwendungen besteht ein latentes Risiko von Ablagerungen an Kontakten, was den elektrischen Widerstand erhöht und zu Feldausfällen führt. Dabei kann das enthaltene Silizium in isolierendes Siliziumdioxid umgewandelt werden mit der Folge des Systemausfalls. Auch in der Automobilfertigung sind Silikonausgasungen unerwünscht, denn sie verhindern die optimale Haftung des Lacks. Für solche Anwendungen wurden silikonfreie und minimal siloxane Gap Filler Pads ohne Lackabweisungseigenschaften (LABS / PWIS) entwickelt. HALA bietet diese als Pads in Materialdicken bis fünf Millimetern und mehr an. Bei den ultra weichen verwendeten Elastomeren genügt bereits ein sehr geringer Druck, um einen optimalen Kontakt zu erreichen. Formulierungen und Füllung ermöglichen hohe Wärmeleitfähigkeiten von bis zu 10 W/mK.

Gap-Filler kommen in vielen Branchen zum Einsatz, darunter Automotive, Informationstechnologie, Medizintechnik und Consumer Electronics.

Gap-Filler minimieren den thermischen Widerstand und verhindern Überhitzung, wodurch sie die Lebensdauer und Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten erhöhen.

Zahlreiche Onlineshops bieten Wärmeleitmaterialen an. Viele dieser Shops sind in erster Linie für Privatanwender ausgelegt, die Filler und Pads einzeln oder in einer geringen Stückzahl kaufen. Die meisten Shops bieten zudem vorgefertigte Standardvarianten an, die nicht auf spezielle Anforderungen abgestimmt sind und daher kein optimales Wärmemanagement sicherstellen. Für den professionellen Anwender muss zudem gewährleistet sein, dass eine Lösung langfristig erhältlich ist und sich für steigende Produktionsmengen kostengünstig skalieren lässt und die Prozesse des Qualitätsmanagements strikt eingehalten werden. Bei HALA bieten wir Ihnen einerseits diese Bezugsmöglichkeiten. Vor allem aber: Bei uns profitieren Sie von einer individuellen Experten-Beratung, die zum optimalen thermischen Management für Ihr Projekt führt.

Kontaktieren Sie uns am besten direkt  – wir beraten Sie jederzeit kostenlos und ganz bequem online.

Ja, HALA bietet maßgeschneiderte Lösungen an, die exakt auf die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendungen abgestimmt sind.