Ultraweiche Wärmeleitfolien für Wärmemanagementanwendungen

Server sind in der IT-Infrastruktur allgegenwärtig und spielen eine entscheidende Rolle in Cloud- und Unternehmensrechenzentren. Aber die Prozessoren, GPUs, Speicherlaufwerke und Netzteile dieser Server erzeugen Wärme. Um diese Wärme abzuleiten, leitet ein ausgeklügeltes System von Kühlmechanismen, darunter luft- und flüssigkeitsbasierte Verfahren, sie ab, um Fehlfunktionen der Hardware und eine suboptimale Leistung zu verhindern.

Die Rolle von Wärmeleitfolien in Servern

Mit steigenden Anforderungen an die Rechenleistung werden in Rechenzentren immer mehr Serverracks auf immer engerem Raum untergebracht, was die Gesamtwärmedichte erhöht und das Risiko von Hotspots vergrößert. Ohne ein effektives Wärmemanagement können Komponenten in eine thermische Drosselung geraten, was die Leistung beeinträchtigt, Hardwareausfälle beschleunigt und zu vorzeitigen Systemfehlfunktionen beiträgt.

Kühlkörper werden häufig verwendet, um Wärme von Komponenten wie Prozessoren abzuleiten. Aber zwischen den Bauteilen und ihren Kühlkörpern können selbst sehr kleine Lufträume die Wärmeleitung behindern. Hier kommen die Wärmeleitfolien ins Spiel.

Wärmeleitfolien bestehen aus einem Wärmeleitmaterial (TIM) und leiten Wärme ab, indem sie eine Schicht zwischen einer Wärmequelle und einem Kühlkörper bilden. Sie bestehen aus wärmeleitenden Materialien, die so geformt werden können, dass sie in die Zwischenräume oder Luftspalte passen, wodurch die Wärmeübertragung zwischen den Serverkomponenten und einem Kühlkörper oder einer Kühlplatte erleichtert wird. Sie ersetzen Luft durch Materialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit und passen sich Unebenheiten der Oberfläche an. Wichtig ist, dass das TIM die Hohlräume ausfüllt, ohne die Leistung der elektronischen Bauteile zu beeinträchtigen.

Wärmeleitfolien sind aufgrund einer Reihe ihrer Eigenschaften besonders nützlich in dichten Server-Racks:

• Formbarkeit: Wärmeleitfolien können in die erforderliche Form gebracht werden, um Luftspalten effektiv auszufüllen. Dadurch wird der Widerstand verringert und die Wärme besser abgeleitet. Einige Wärmeleitfolien haben eine fast pastöse Konsistenz, wodurch sie Hohlräume besser ausfüllen können und einen besseren Oberflächenkontakt sowie eine optimierte Wärmeübertragung gewährleisten.
• Geringer Anpressdruck: Empfindliche Hardwarekomponenten werden geschützt, da die Folien keinen übermäßigen Druck für den thermischen Kontakt benötigen.
• Gleichbleibende Performance und einfache Handhabung: Im Gegensatz zu Wärmeleitpasten, die häufig neu aufgetragen werden müssen und sich verlagern können, behalten Wärmeleitfolien auch bei hohen Temperaturen über lange Zeit ihre zuverlässige Performance. Phasenwechselmaterialien, eine weitere Art von TIMs, sind zerbrechlich, und Wärmeleitpasten und -fette sind anfällig für Verschmutzungen.

Ultraweiche Wärmeleitfolien der Serie TG-AD

Die ultraweichen Wärmeleitfolien der Serie TG-AD von T-Global Technology bieten eine ideale Kombination aus geringer Härte, hoher Wärmeleitfähigkeit und guter elektrischer Isolierung und sind damit eine leistungsstarke Option für das Wärmemanagement in Rechenzentren und anderen Computerumgebungen. Die Folien passen sich den mikroskopisch kleinen Unebenheiten zwischen den Kontaktflächen an.

Die Folien der Serie TG-AD sind in Standardgrößen oder als kundenspezifische Stanzteile mit Dicken von 1 mm bis 8 mm erhältlich. Sie bieten eine langfristige, zuverlässige Performance und sind in erster Linie für die Serverindustrie bestimmt, insbesondere für Anwendungen, bei denen präzises Wärmemanagement und Oberflächenkonformität von entscheidender Bedeutung sind.

Die TG-AD-Serie verfügt über mehrere Eigenschaften, die sie zu einem überlegenen TIM machen. Dazu gehören:

• Ultraniedrige Härte und hohe Anpassungsfähigkeit: Die Matrix auf Silikonbasis, die den Hauptbestandteil der TG-AD-Serie bildet, macht die Folien sehr weich. Produkte werden für sehr weiche Materialien auf der Shore-Härteskala 00 gemessen, die von 0 (sehr weich) bis 100 (hart) reicht.
• Die Folien verformen sich selbst unter sehr geringem Druck leicht, sodass Entwicklungsingenieure mit minimalem Kraftaufwand den Kontakt zwischen Bauteilen und Kühlkörpern gewährleisten können. Eine solche mechanische Anpassungsfähigkeit ist besonders wertvoll bei der Arbeit mit Komponenten, die unregelmäßige Oberflächen oder unterschiedliche Höhen aufweisen, wie beispielsweise Spannungsreglermodule (VRMs) oder BGA-Gehäuse (Ball Grid Array).
• Hohe Wärmeleitfähigkeit: Die Silikonmatrix der TG-AD-Serie enthält keramische Füllstoffe, die ausgezeichnete Wärmeleiter sind. Die Wärmeleitfähigkeit wird in Watt pro Meter-Kelvin (W/(m·K)) gemessen und gibt die Effizienz der Wärmeübertragung an. Je höher die Zahl, desto schneller und effizienter wird die Wärme von einer Seite der Wärmeleitfolie zur anderen übertragen.
• Anpassbare Dicke und Formate: Die Serie TG-AD ist nicht nur in verschiedenen Dicken erhältlich, sondern kann auch genau an die Komponenten angepasst werden, sodass Entwicklungsingenieure die Wärmeleitfolien exakt auf ihre Anforderungen abstimmen können.

Die Serie TG-AD umfasst die folgenden Produktreihen:

Die TG-AD30 (Abbildung 1) hat eine Wärmeleitfähigkeit von 3,0 W/(m·K) und eine Shore-Härte von 20.

Abbildung 1: Die ultraweiche Wärmeleitfolie TG-AD30 wurde entwickelt, um mit nur geringem Druck eine hervorragende Hohlraumfüllung zwischen Bauteilen und Kühlkörpern zu erzielen und somit eine niedrige Wärmeimpedanz zu gewährleisten. (Bildquelle: T-Global Technology)

Die TG-AD66 (Abbildung 2) hat eine Wärmeleitfähigkeit von 6,6 W/(m·K) und eine Shore-Härte von 25.

Abbildung 2: Die Folien TG-AD66 sind entweder in Standardgröße oder als kundenspezifische Stanzteile in Dicken von 1,0 bis 8,0 mm erhältlich. (Bildquelle: T-Global Technology)

Die TG-AD75 bietet eine Wärmeleitfähigkeit von 7,5 W/(m·K) bei einer Shore-Härte von 00 und einer Härte von 25 (Abbildung 3).

Abbildung 3: Die ultraweichen Wärmeleitfolien TG-AD75 sind ein Satz hochleistungsfähiger spaltfüllender Silikonfolien mit einer Wärmeleitfähigkeit von 7,5 W/(m·K).

Alle Produkte sind RoHS- und REACH-konform und können entweder in Standardgrößen oder als kundenspezifische Stanzteile mit Dicken von 1 mm bis 8 mm geliefert werden.

Auswahl der richtigen Option zum Wärmemanagement

Die TG-AD-Wärmeleitfolien können in verschiedenen Rechenzentrums- und Serveranwendungen eingesetzt werden, darunter Prozessor- und GPU-Kühlung, Speichermodule und VRMs, und sorgen für ein Wärmemanagement in Umgebungen mit immer höherer Dichte. Edge-Server und Mikroserver, die über einen begrenzten Luftstrom und eingeschränkte mechanische Toleranzen verfügen, können ebenfalls von der Verwendung von Wärmeleitfolien profitieren.

Die Auswahl der richtigen Wärmeleitfolien für eine bestimmte Anwendung erfordert in der Regel eine sorgfältige Abwägung der Betriebsbedingungen und der Balance, die Entwicklungsingenieure zwischen verschiedenen Eigenschaften erzielen möchten.

Bei der Auswahl einer Wärmeleitfolie sind folgende Faktoren zu berücksichtigen:

• Endanwendung und Betriebsumgebung: Obwohl die meisten Server-Racks ähnliche Betriebsbedingungen aufweisen, ist es dennoch wichtig zu wissen, dass die Wärmeleitfolien den Temperaturen, Staub und Vibrationen standhalten, denen die Geräte voraussichtlich ausgesetzt sein werden.
• Leitfähigkeit: Die übliche Empfehlung lautet, zuerst die Leitfähigkeit und dann die Härte auszuwählen. T-Global bietet eine praktische Tabelle, mit der Sie die richtige Kombination finden können.
• Dicke: Dünnere Folien haben eine etwas bessere Leitfähigkeit, aber dickere Folien können größere Lücken füllen und sich besser an unebene Oberflächen anpassen. T-Global empfiehlt die Verwendung dickerer Folien, wenn die mechanischen Toleranzen hoch sind.
• Dielektrische Festigkeit: Zum Schutz von Bauteilen kann manchmal eine elektrische Isolierung erforderlich sein. Wärmeleitfolien mit hoher dielektrischer Festigkeit verhindern Kurzschlüsse, die zu Systemausfällen führen können. Härtere Folien oder mit Glasfasern verstärkte Folien haben in der Regel eine bessere dielektrische Festigkeit.

Fazit

Die Auswahl der richtigen Wärmeleitfolie hilft Entwicklern, die Lücke zwischen wärmeerzeugenden Komponenten und den dazugehörigen Kühlelementen zu schließen. Die ultraweichen Wärmeleitfolien der TG-AD-Serie von T-Global Technology sorgen für eine bessere Kühlung von Serverracks und Rechenzentren und verlängern so deren Lebensdauer und Haltbarkeit.