Warum ein schlechter spezifischer Wärmeleitwert kein Nachteil sein muß

Im Allgemeinen vergleicht man zunächst die in Datenblättern gerne hervorgehobenen spezifischen Wärmeleitwerte in W/m*K. Doch dieser Wert ist nur ein erster Anhalt bei der Auswahl des geeigneten TIM-Produktes.

Neben Fragen wie

  • der Notwendigkeit galvanischer Trennung,
  • des verfügbaren Bauraums,
  • dem thermisch-dynamischen Verhaltens im Betrieb (Lebensdauerbetrachtung) oder
  • dem Ausgleich von Fertigungstoleranzen

sind die sogenannten Übergangswiderstände und die Materialdicke entscheidende Faktoren. Sie bestimmen bisweilen wesentlich die Effizienz einer Entwärmungsmaßnahme.

Bezüglich der Einflüsse des Wärmeübergangswiderstandes finden Sie hier nähere Erläuterungen.

Paxisbeispiel: Schaut man sich einmal eine Burgwand an, dann ahnt man, was damit gemeint ist, dass die Materialdicke einen Einfluß hat auf den Wärmetransport. Es dauert lange, bis Wärme oder Kälte durch eine so dicke Wand dringt (einschließlich der spezifischen Wärmekapazität). Im Gegensatz dazu ist eine Zeltwand nahezu sofort von Wärme oder Kälte durchdrungen.

Normiert man die Fläche einmal zu 1 (m², cm², inch³…), so erscheint in der Berechnungsformel für den Wärmewiderstand

Rth = l / (λ * A) -> nur noch der Term l / λ

Anhand einiger typischer Produkte aus dem Wärmemanagement kann man nun den Vergleich herstellen zwischen Produkten mit guter spezifischen Wärmeleitfähgkeit und großer Materialstärke im Vergleich zu z.B. Kapton® MT Folie mit vergleichbar schlechter spezifischer Wärmeleitfähigkeit.

Material

Stärke

Spezifischer Wärmeleitwert

Wärmewiderstand (normierte Fläche)

mm

W/m*K

l/λ (K/W)

MP 7016-020D, PCM

0,015

1,00

0,015

CMC 15811 trägerlos AC

0,020

1,0

0,02

CMC 15005, Silikon-Folie

0,200

5,0

0,04

CMC 73250, Kapton® MT

0,025

0,45

0,06

TF 5320F, Acrylat

0,200

3,3

0,06

TR-5912F, trägerlos, AC

0,125

1,1

0,11

CMC 73450, Kapton® MT

0,050

0,45

0,11

CMC 15020, Silikon-Folie

1,00

5,0

0,2

TR 5925F, Acrylat

0,250

1,1

0,23

CMC 15014, Silikon-Folie

3,00

2,0

1,5


Folgerung: Wie man leicht erkennt, haben ein dicker Werkstoff mit guter spezifischer Wärmeleitfähigkeit und eine relativ schlecht wärmeleitende Kapton Folie mit sehr geringer Dicke den gleichen Thermischen Widerstand pro Flächeneinheit.

Das mit 2 W/m*K über vier Mal besser leitfähige Material im Vergleich zu Kapton MT hat dennoch einen höheren Wärmewiderstand, da es deutlich dicker ist (3 mm).

AC = Acrylatkleber, wärmeleitend