Harzmaterialien für verbessertes Wärmemanagement in elektronischen Geräten

SunForce™-Produkte sind Schaumperlen aus XYRON™-modifizierten PPE-Harzen, die die hervorragenden physikalischen Eigenschaften modifizierter PPE-Harze – einschließlich Hitzebeständigkeit, Dimensionsstabilität und geringer Wasseraufnahme – mit dem geringen Gewicht und den guten Trägereigenschaften (Formflexibilität) von Perlenschäumen kombinieren.

Darüber hinaus ermöglicht die Kombination von Flammschutz und Hitzebeständigkeit, dass SunForce™-Schäume selbst in Form eines Perlenschaummaterials den strengen Entflammbarkeitsstandard UL94 V-0 erfüllen.

Da SunForce™-Produkte im In-Mold-Foaming-Verfahren hergestellt werden, sind sie auch optimal für die Massenproduktion geeignet.

Darüber hinaus sind diese Materialien SunForce™ ihrer unabhängigen Blasenstruktur hervorragende Wärmeisolatoren.

Im Folgenden stellen wir zwei beispielhafte Anwendungen vor, die die einzigartigen Eigenschaften von SunForce™-Schäumen nutzen, um das Wärmemanagement in elektronischen Geräten zu verbessern.

SunForce™ eignet sich aufgrund seiner hohen Hitzebeständigkeit und Flammhemmung (zertifiziert nach UL94 V-0) hervorragend für die Massenproduktion dünnwandiger, komplex geformter Dämmstoffe. Es wird durch In-Mold-Foaming aus kleinkalibrigen Perlen als Rohmaterial hergestellt. Dies ermöglicht die Massenproduktion von Dämmstoffen, die sich an komplexe Bauteilformen anpassen.

Zur Isolierung komplexer Bauteile wird üblicherweise Glaswolle oder Urethanschaum von Hand aufgetragen. Der Einsatz SunForce™​ ​verbessert jedoch nicht nur die Wärmemanagementeffizienz durch hohe Wärmedämmung, sondern trägt auch zur Kondensationsvermeidung, zur Reduzierung der Teileanzahl (Arbeits- und Kostenersparnis) sowie zur Verbesserung der Produktivität und Montagepräzision (Sicherungsmaßnahme für eine stabile Produktqualität) bei der Montage bei.

Dank dieser Eigenschaften kann SunForce™ in zahlreichen Bereichen eingesetzt werden, in denen hohe Leistung und Sicherheit erforderlich sind, z. B. als Kühlkomponenten für Kraftfahrzeuge, als Kühlteile für 5G/6G-Kommunikationsgeräte und Solarstromaufbereiter, als Wasserkühlkomponenten für Rechenzentren und KI-Server, in Motorölabscheidern und in Klimaanlagenkanälen.

SunForce™​ ​eignet sich auch für das Wärmemanagement in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit, wie beispielsweise in Wasch- und Trockenmaschinen.

Bei einer Anwendungssimulation für einen Trommelwaschtrockner wurde festgestellt, dass die hohen Isoliereigenschaften dieses Produkts dazu beitragen, die Temperatur im Inneren der Trommel während des Trocknungsvorgangs aufrechtzuerhalten und so den Energieverlust zu verringern, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

SunForce™​ ​bietet selbst bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit stabile mechanische Festigkeit und Dimensionsstabilität und ermöglicht so die Massenproduktion von Hochleistungsdämmstoffen. Dank seiner hohen Flammbeständigkeit (UL94 V-0) eignet es sich zudem für den Einsatz im Bereich elektrischer Anschlusspunkte in Haushaltsgeräten und elektronischen Geräten.

In unserem ersten Beispiel verwenden wir SunForce™-Hitzeschilde, um eine Wärmeisolierung in einer elektronischen Leiterplatte mit stark wärmeabgebenden Komponenten zu erreichen (wie sie beispielsweise in einer PCS-Einheit in einem Solarstromgenerator zu finden sind).

SunForce™-Schäume ideal als Hitzeschilde, um wärmeabgebende Bereiche von nicht wärmeabgebenden Bereichen elektronischer Leiterplatten zu isolieren.Aufgrund ihrer hervorragenden Wärmedämmung, umfassenden Formflexibilität, Flammhemmung und Hitzebeständigkeit eignen sich

Die folgenden Abbildungen zeigen die Temperaturverteilung im Inneren eines elektronischen Geräts, die mit einem Simulationsmodell für die thermische Analyse berechnet wurde, vor und nach dem Hinzufügen von thermisch isolierenden SunForce-Hitzeschilden ™, um stark wärmeabgebende Komponenten von nicht wärmeabgebenden Komponenten zu isolieren. Diese Ergebnisse zeigen, wie SunForce™ Wärmemanagementlösungen eine signifikante Reduzierung der internen Gerätetemperaturen erreichen können.

Dieses Beispiel zeigt, wie Hitzeschilde aus SunForce™-Schäumen die Miniaturisierung elektronischer Geräte vereinfachen können, indem sie die Betriebstemperatur senken, eine Verschlechterung der Komponenten verhindern und eine größere Flexibilität bei der Komponentenanordnung ermöglichen.

Unser zweites Beispiel betrifft die Installation wärmeisolierender SunForce™-Kanäle auf einer elektronischen Leiterplatte mit stark wärmeabgebenden Komponenten. Dies ergänzt das oben besprochene Hitzeschildbeispiel und zeigt eine alternative Möglichkeit, die einzigartigen Eigenschaften von SunForce™-Schäumen zur Verbesserung des Wärmemanagements in elektronischen Geräten zu nutzen.

Unterschiede in den Betriebstemperaturen elektronischer Komponenten führen zu Konvektionsluftströmen in elektronischen Geräten. In einigen Fällen können verschiedene Faktoren – wie die Anordnung der Komponenten oder die Temperaturverteilung innerhalb des Geräts – dazu führen, dass der Luftstrom durch bestimmte Gerätebereiche behindert wird, was die Leistung der Kühlmechanismen beeinträchtigt und einen Anstieg der Komponententemperaturen verursacht.

Das Problem der behinderten Luftzirkulation tritt in dem in diesem Beispiel betrachteten System auf: einer Solarzellen-PCS-Einheit mit internem Kühlventilator, die in der Abbildung unten links schematisch dargestellt ist. Um dieses Problem zu beheben, haben wir das Design verbessert, indem wir thermisch isolierende SunForce™-Kanäle um die Lüftereinheit herum installiert haben, wie unten rechts dargestellt.

Die Stromliniendiagramme unten zeigen simulierte Luftströme durch das elektronische Gerät vor und nach dem Hinzufügen von SunForce™-Kanälen. Beim Vergleich dieser Diagramme sehen wir, dass die Kanäle neue Wege für den Luftstrom durch das Gerät schaffen und so in allen Phasen von der Ansaugung bis zur Abluft gleichmäßig kontrollierte Luftströme gewährleisten. Die Verbesserung der Luftstromqualität ist insbesondere in der Nähe von wärmeabgebenden Komponenten deutlich.

Die simulierten Temperaturverteilungen sind unten dargestellt: Der durch die Kanäle ermöglichte kontrollierte Luftstrom führt zu einer deutlichen Reduzierung der Komponententemperaturen.

Dieses Beispiel zeigt, wie wärmeisolierende Kanäle aus SunForce™-Schäumen die Luftstromregelung in elektronischen Geräten verbessern und dadurch die Komponententemperatur senken, eine Komponentenverschlechterung verhindern und eine größere Flexibilität bei der Komponentenanordnung ermöglichen können.

Das modifizierte PPE-Harz XYRON™ von Asahi Kasei ist ein allgemeiner Begriff für Polymerlegierungen, die Polyphenylenether (PPE) mit anderen Harzen kombinieren.

XYRON™ verfügt über mehrere hervorragende Eigenschaften. Neben seiner hohen Hitzebeständigkeit zeichnet es sich auch durch hervorragende Flammbeständigkeit, Dimensionsstabilität und Wasserbeständigkeit sowie ein geringes spezifisches Gewicht aus. Durch die Zugabe von PPE und die Nutzung der Eigenschaften anderer Harze entsteht eine Polymerlegierung, die einen Synergieeffekt mit den Eigenschaften von PPE erzielt.

Wir schlagen XYRON™ G703Z vor, ein halogenfreies, TPP*-freies modifiziertes PPE-Harz, das dünnwandige Flammbeständigkeit mit hoher Festigkeit kombiniert, als Material für Hochgeschwindigkeitslüftermotoren, die im Wärmemanagement von Servern verwendet werden.
* TPP: Triphenylphosphat

PPE-Harz ist unter den technischen Kunststoffen besonders leicht und verringert die im Lüfter erzeugte Zentrifugalkraft, wodurch sich der Lüfter mit höherer Geschwindigkeit drehen kann und so das Luftvolumen und die abgeführte Wärmemenge erhöht werden.

Darüber hinaus weist es mit einer Glasübergangstemperatur von etwa 220 °C eine hohe Hitzebeständigkeit auf und behält auch bei hohen Temperaturen hervorragende physikalische Eigenschaften bei. Es hält den Umgebungstemperaturanstiegen von Hochleistungsservern stand, die manchmal 90 °C erreichen können. Darüber hinaus ist XYRON™ G703Z (PS/PPE-Legierung, GF30 %) halogenfrei, TPP-frei sowie dünnwandig und flammhemmend (UL94 V-0/0,75 mm), was bisher nur schwer zu erreichen war, was es zu einem idealen Material für Hochgeschwindigkeitslüftermotoren macht.

Asahi Kasei hat Musterbeispiele für die Haltbarkeitsprüfung von Lüftermotoren hergestellt und führt praktische Leistungsbewertungen der Materialien durch.

Wir scannen handelsübliche Lüftermotoren in 3D, erstellen Spritzgussformen aus CAD-Daten, formen Harzmodellproben und führen Materialvergleiche durch. Da die Temperatur dieser Modellproben in einem Ofen kontrolliert werden kann, können wir Haltbarkeitstests bei Temperaturen und Drehzahlen durchführen, die der tatsächlichen Einsatzumgebung nahe kommen.

Die Download-Materialien enthalten detaillierte Daten zu Haltbarkeitstests, also schauen Sie doch mal rein.