Bild 1: Die pyrolytische Grafitfolie (PGS) von Panasonic ist über den Distributor Schukat in verschiedenen Ausführungen erhältlich.

Bild 1: Die pyrolytische Grafitfolie (PGS) von Panasonic ist über den Distributor Schukat in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Schukat

Bild 2: Ableitung von Wärme über die pyrolytische Grafitfolie.

Bild 2: Ableitung von Wärme über die pyrolytische Grafitfolie. Panasonic

Bild 3. Thermische Schnittstelle: Die pyrolytische Grafitfolie vermindert den thermischen Widerstand und verteilt die Wärme.

Bild 3. Thermische Schnittstelle: Die pyrolytische Grafitfolie vermindert den thermischen Widerstand und verteilt die Wärme. Panasonic

Nicht nur für Verbraucherprodukte wie Smartphones, Tablets und Kameras bedeutet Hitze ein Risiko. Komplexe elektronische Systeme werden auf immer engerem Raum verbaut, Elektro- und Hybridautos benötigen langlebige und leichte Batterien mit Ladeelektronik, Industrie 4.0 fordert mehr Kontrolle. Auch Solarpaneele müssen ständiger Sonnen- und damit Wärmeeinstrahlung standhalten können, und bei modernen medizinischen Geräten bedarf es mehr Komfort für den Anwender. All diese Einsatzgebiete erfordern die Ableitung oder Verteilung von entstehender Wärme, da sie nur über ein Minimum an Platz verfügen.

Ein neues, äußerst leichtes Material zur Lösung dieser Problematik stellt die von Panasonic entwickelte pyrolytische Grafitfolie (Pyrolytic Graphite Sheet, PGS) dar. Sie verfügt über eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit und sorgt für eine effiziente Wärmeverteilung in kompakten Elektronikgeräten. Dabei lässt sich die Folie je nach Bedarf zuschneiden und in komplexe dreidimensionale Formen biegen sowie einfach auf die Hitzequelle kleben. Die Grafitbögen besitzen die Sechskantstruktur eines Kristalls und bestehen aus einer zweidimensionalen Kohlenstoffmatrix, das heißt sie sind gleichmäßig in einer horizontalen 2D-Struktur angeordnet.

 Die pyrolytische Grafitfolie gilt als derzeit dünnste thermische Lösung der Welt mit einer Dicke von nur 10 bis 200 µm. Hergestellt wird die synthetische Folie aus einem Polymer mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit von 700 bis 1950 W/m·K. Damit übertrifft sie Kupfer in Sachen Wärmeleitfähigkeit um das Fünffache, Aluminium sogar um das Siebenfache. Mit einem Krümmungsradius von 2 mm lassen sich die Folienstücke um 180° biegen, auch wiederholtes Biegen mit bis zu 3000 Biegezyklen ist möglich. Um die Wärmeleitfähigkeit der PGS nicht zu beeinflussen, sollte Knicken jedoch vermieden werden. Aufgrund seiner Stabilität und Resistenz gegen Umwelteinflüsse zeigt das Material auch nach Jahren keinen Verschleiß.

PGS in der Anwendung

Zum Einsatz kommt die pyrolytische Grafitfolie um Hitze von einer Hitzequelle abzuleiten, oder um Hotspots zu vermeiden und die Hitze von einem zentralen Punkt auf eine größere Fläche zu verteilen. Außerdem lässt sie sich als effiziente Wärmeschnittstelle nutzen. Die PGS kann zudem vor elektromagnetischer Strahlung schützen und stellt somit gleichzeitig eine EMV- Abschirmung sowie eine Wärmemanagement-Lösung dar.

In der integrierten Schaltung einer LED-Applikationen beispielsweise führt die PGS die Wärme zum umschließenden Gehäuse. Damit verteilt sich diese gleichmäßig auf einer größeren Oberfläche, über die sie dann abgegeben wird. Bei IGBTs oder MOSFETs fungiert die PGS als Wärmeschnittstelle zum Schutz vor Beschädigung. Damit die dort entstandene Wärme abgeführt und an die Umgebung abgegeben werden kann, erfordert es für IGBTs und MOSFETs eine Montage auf Kühlkörpern. Dabei ist darauf zu achten, eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit zu erzielen. Oftmals kommen dafür spezielle Kleber und Pasten zum Einsatz. Hier überbrückt die PGS mögliche Luftspalten sowie damit verbundene Wärmewiderstände und bietet so zusätzlich eine gute Wärmeleitfähigkeit.

Abgrenzung zu anderen Lösungen

Im Vergleich mit Silikon- und Grafit-Produkten anderer Hersteller besitzt die pyrolytische Grafitfolie von Panasonic einen deutlich geringeren Wärmewiderstand. Nur Silikonfett hat eine noch geringere Wärmeresistenz, jedoch mit dem Nachteil, dass dieses mit der Zeit trocknet und seine Effektivität verliert. So erschwert es eine gleichmäßige Verwendung und sorgt bei der Anwendung für abweichende Ergebnisse.

Bei Schukat ist die pyrolytische Grafitfolie mit und ohne wärmestabiler Klebefläche als Grafitbogen sowie als Folienstück erhältlich. Im Verbund mit dieser 100 beziehungsweise 150 °C hitzebeständigen Klebeschicht absorbiert die Grafitfolie als Semi-Dichtungsmaterial (SSM) die Wärme und ermöglicht zudem eine bessere Bindung an die Komponente auf der Elektronikplatine. Für einen noch größeren Isolationsbedarf gibt es zusätzlich das PET-Tape. Bei Fragen zum Material oder seiner Verwendung erhalten Kunden eine umfassende Beratung vom Distributor.