Wärmeleitpaste, -pad und -kleber

Wärmeleitmittel sind elementare Bestandteile eines Kühlsystems, da sie die Wärmeübertragung zwischen der Hitzequelle (z.B. Mikrochips) und einem Kühlkörper deutlich optimieren können. Dabei werden Wärmeleitmittel nicht nur im Computer- und Serverbereich eingesetzt, auch bei der Kühlung von industriellen Maschinen, Motoren, Heiz- und Kühlgeräten sowie beispielsweise 3D-Druckern. Bevor Sie eine Wärmeleitpaste kaufen, wägen Sie z.B. die benötigte Leistung, die Nutzungsdauer oder auch die Fähigkeit zur Überbrückung von Spaltmaßen mit Ihrem Projekt ab.

Wärmeleitmittel im kurzen Überblick:

  Paste Pad Kleber Flüssigmetall Peltiergel
Haltbarkeit des WärmeleitmittelsNutzungsdauer Geringe Haltbarkeit Hohe Haltbarkeit Sehr hohe Haltbarkeit Sehr hohe Haltbarkeit Hohe Haltbarkeit
Wärmewiderstand des WärmeleitmittelsWärmewiderstand Mittlerer Wärmewiderstand Hoher Wärmewiderstand Hoher Wärmewiderstand Geringer Wärmewiderstand Geringer Wärmewiderstand
Verarbeitung des WärmeleitmittelsVerarbeitung Leichte Verarbeitbarkeit Sehr leichte Verarbeitbarkeit Aufwändigere Verarbeitbarkeit Leichte Verarbeitbarkeit Leichte Verarbeitbarkeit
Mögliche EinsatzbereicheEinsatzbereich Sehr viele Einsatzbereiche Sehr viele Einsatzbereiche Viele Einsatzbereiche Viele Einsatzbereiche Sehr viele Einsatzbereiche
Füllleistung des WärmeleitmittelsSpaltfüllend Für durchschnittliche Spaltmaße geeignet Für große Spaltmaße geeignet Für große Spaltmaße geeignet Für geringe Spaltmaße geeignet Für große Spaltmaße geeignet
Temperaturbereich des WärmeleitmittelsTemperatur Für niedrige Temperaturbereiche geeignet Für sehr hohe Temperaturbereiche geeignet Für mittlere Temperaturbereiche geeignet Für sehr hohe Temperaturbereiche geeignet Für sehr hohe Temperaturbereiche geeignet
Legende: NiedrigNiedrig Legende: MittelMittel Legende: HochHoch

Die Wärmeleitmittel unterscheiden sich dabei je nach Anwendungsbereich und Anforderungen:

Wärmeleitpaste

Sehr gute Leistungen auf Basis von Silikonen und anderen Füllstoffen

In den meisten Fällen kommen Wärmeleitpasten auf Basis von Silikonöl oder Keramiksubstrat in Verbindung mit Metalloxiden zum Einsatz. In vielen Fällen liegt der Wärmeleitkoeffizient dieser Wärmeleitpasten im Bereich von 1 bis 10 W/mK. Das Auftragen von Wärmeleitpaste ist dank der pastösen bis zähen Konsistenz meist kein Problem – sei es manuell oder auch maschinell.

Eingesetzt werden die regulären Wärmeleitpasten aufgrund ihrer Fleixbilität sowie der recht einfachen Verarbeitung in allen erdenklichen Bereichen, solange keine zu hohen Anforderungen (beispielweise bei der Verlustleistung) zu Tage treten.

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Flüssigmetall-Wärmeleitpaste

Extreme hohe Leistung dank flüssigem Metall

Neben den Wärmeleitpasten auf Basis von Ölen und Subtraten können für besonders hohe Anforderungen Wärmeleitpasten auf Basis von Flüssigmetall eingesetzt werden. Deren Wärmeleitkoeffizient liegt in der Regel im Bereich von 40 bis 80 W/mK, was einer deutlichen Leistungssteigerung entspricht. Bei Wärmeleitpasten aus Flüssigmetall muss jedoch darauf geachtet werden, dass (zumindest in Form der Pasten) kein direkter Kontakt mit Aluminium stattfindet. Wenn sich die Verwendung von Aluminium nicht vermeiden lässt, ist auch die Nutzung von Flüssigmetall in Form von festen Wärmeleitpads (Coollaboratory Liquid MetalPad) möglich. Diese benötigen für das Entfalten ihrer vollen Leistungsfähigkeit einen sogenannten BurnIn (das kurzzeitige Erreichen der Schmelztemperatur), damit das dann kurzzeitig flüssige Metall alle Unebenheiten ausfüllen kann.

Seinen Einsatz finden Wärmeleitpasten und -pads aus Flüssigmetall vor allem bei sehr hohen Verlustleistungen im Computer-, Server- und Industrie-Bereich, um die Wärmeübertragung bestmöglich zu unterstützen. Mehr Informationen zur Kühlung mit Flüssigmetall-Wärmeleitmitteln finden Sie hier: Flüssigmetall zur Kühlung von Bauteilen

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Wärmeleitpads

Gute Leistung und extrem einfache Anwendung

Ähnlich wie die regulären Wärmeleitpasten sind die meisten Wärmeleitpads für geringere Verlustleistungen ausgelegt, bieten jedoch eine unvergleichlich einfache Anwendung, da die oft in verschiedenen Dicken angeboten Pads einfach zwischen Hitzequelle und Kühlkörper gelegt werden und zudem spaltfüllend sind. Wärmeleitpads bieten in der Regel einen etwas niedrigeren Wärmeleitkoeffizient. Auch das Entfernen von Wärmeleitpads ist in der Regel sehr einfach.

Seine Anwendung findet das Wärmeleitpad bei einer Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten, unter anderem überall dort wo größere Spaltmaße zwischen Hitzequelle und Kühler überbrückt werden müssen. Zudem ist der Einsatz vor allem in der Massenfertigung aufgrund der geringen Kosten sowie der äußerst einfachen Anwendung zu beobachten.

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Wärmeleitkleber

Gute Leistung bei sicherem Halt

Es kommt in vielen Bereichen immer wieder vor, dass Kühlkörper auf den Hitzequellen mechanisch nicht sicher fixiert werden können. In solch einem Fall ist der Einsatz eines hochwertigen Wärmeleitklebers die optimale Lösung, um die Ableitung der Verlustleistung an den Kühlkörper zu gewährleisten.

Rein technisch gesehen sind Wärmeleitkleber Zweikomponentenklebstoffe auf Basis von Epoxiden oder Silikonen, welche für eine optimale Wärmeleitfähigkeit meist metallische Füllstoffe enthalten. Wärmeleitkleber besitzen eine Verarbeitungszeit (Topfzeit), welche angibt bis wann der zwischen Kühlkörper und Hitzequelle aufgetragene Kleber ausgehärtet ist.

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Peltiergel

Hohe Leistung in Verbindung mit Peltier-Elementen

Beim Einsatz einer Peltierkühlung ist die Nutzung herkömmlicher Wärmeleitpasten nicht möglich, da diese meist aus einer Trägersubstanz und Füllstoffen bestehen. Die Trägersubstanz wandert beim Einsatz mit einer Peltierkühlung über Kapillareffekte und Abkühl- und Aufheizzyklen aus der Kontaktzone ab, was zur Folge hat, dass zwischen dem Peltierelement und dem Kühler (Wärmetauscher) der trockene Füllstoff übrig bleiben würde. Die Folge ist eine unzureichende Ableitung der Abwärme vom Peltierelement zum Kühlkörper sowie die Beschädigung bzw. Zerstörung des Peltierelements.

Ähnlich wie Wärmeleitkleber besteht auch das Peltiergel aus zwei Komponenten, welche für die Anwendung in der Regel 1:1 gemischt werden. Das Gel bleibt jedoch viskos, wodurch der Wärmetauscher jederzeit von Hand vom Peltierelement wieder gelöst werden kann.

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