Entgasung von ultrahochviskoser Paste: Entschäumung von Wärmeleitpaste bei 0,2 kPa

Hochleistungsfähige Wärmeleitmaterialien (TIM), darunter Wärmeleitpasten, Phasenwechselmaterialien und Strukturspaltfüller, werden mit extrem hohen Feststofffüllstoffgehalten formuliert.
Um Wärmeleitfähigkeiten von 3,0 bis über 12,0 W/m·K zu erreichen, mischen die Hersteller bis zu 85 Gewichtsprozent Aluminiumoxid-, Bornitrid- oder Zinkoxidpulver in reaktive Silikon- oder Polyurethanpolymere ein.
Die resultierenden Suspensionen weisen pastenartige Viskositäten auf, die häufig 500.000 bis 1.000.000 mPa·s überschreiten.
Bei diesen extremen rheologischen Schwellenwerten bleiben eingeschlossene mikroskopische Luftblasen unter normaler Schwerkraft dauerhaft eingeschlossen und wirken als starke Wärmeisolatoren, die eine Überhitzung des Geräts verursachen.
SMIDA stellt planetarische Zentrifugal-Vakuummischer her, die so konstruiert sind, dass sie ein Endvakuum von 0,2 kPa erreichen, während Behälter einer Zentrifugalbeschleunigung von Hunderten von G ausgesetzt werden.

In der Leistungselektronik, bei Mikroprozessoren und Akkus für Elektrofahrzeuge führt bereits ein einziger 50 Mikrometer großer Lufteinschluss in einer Wärmeleitschicht zu einem exponentiellen Anstieg des Wärmewiderstands und löst einen Hochspannungs-Lichtbogendurchschlag aus.
Herkömmliche Entgasungsmethoden – wie statische Vakuumöfen, Ultraschallbäder oder Niedervakuum-Rotormischer – versagen bei hochviskosen Pasten völlig.
Statisches Vakuum dehnt lediglich Oberflächenblasen aus, während Ultraschall lokal begrenzte, zerstörerische Hitze erzeugt, ohne die viskose Reibung zu überwinden.
Dieser technische Leitfaden erläutert die physikalischen Mechanismen der zweiachsigen zentrifugalen Vakuumentgasung bei 0,2 kPa und beschreibt bewährte Verfahren für die Herstellung von porenfreier Paste.

Die Physik des Blaseneinschlusses in dichten Pasten

Nach dem Stokes'schen Gesetz ist die Endaufstiegsgeschwindigkeit einer Luftblase in einem Fluid direkt proportional zur Gravitationsbeschleunigung und zum Quadrat des Blasendurchmessers und umgekehrt proportional zur dynamischen Viskosität.
Wenn die Viskosität der Paste von 1.000 mPa·s auf 1.000.000 mPa·s ansteigt, sinkt die natürliche Aufstiegsgeschwindigkeit einer 10 Mikron großen Mikroblase um den Faktor tausend.
Unter der normalen Erdanziehungskraft von 1G würde es Wochen oder Monate dauern, bis diese Blase einen einzigen Millimeter in Richtung Erdoberfläche zurücklegt.
Sich auf den Auftrieb der Umgebung oder statische Vakuumkammern zu verlassen, liefert einfach nicht genügend Auftriebskraft, um den viskosen Widerstand zu überwinden.

Zentrifugalbeschleunigung: Multiplikation des Auftriebs mit Hunderten von G

Ein SMIDA Planeten-Zentrifugalmischer rotiert verschlossene Behälter gleichzeitig um zwei unabhängige Achsen.
Die primäre Rotation um die zentrale Maschinenachse erzeugt Zentrifugalbeschleunigungen von über 400 G.
Da die Dichte der eingeschlossenen Luft (ca. 1,2 kg/m³) um Größenordnungen geringer ist als die Dichte der Wärmeleitpaste (oft 2.000 bis 3.000 kg/m³), wird die effektive Auftriebskraft, die die Blase nach oben treibt, um mehr als das 400-fache verstärkt.
Gleichzeitig erzeugt die Rotation des Behälters eine rollende 3D-Konvektionsströmung, die tiefe Pastenschichten kontinuierlich zur Oberflächenschicht hin aufwirbelt.

0,2 kPa Ultimatives Vakuum: Expandierende Mikroblasen für schnelles Platzen

Durch die Zentrifugalkraft steigen die Luftblasen nahe an die Oberfläche, aber selbst submikronäre Blasen besitzen noch eine hohe Oberflächenspannung, die ein Platzen verhindert.
Hier erweist sich die Fähigkeit von SMIDA, ein tiefes Vakuum von 0,2 kPa zu erzeugen, als entscheidend.
Unter 0,2 kPa (eine 500-fache Druckreduzierung gegenüber dem Standardatmosphärendruck von 101,3 kPa) besagt das Boyle-Mariotte-Gesetz, dass sich eingeschlossene Luftblasen um Hunderte Male in ihrem Volumen ausdehnen.
Mit zunehmendem Blasenvolumen beschleunigt sich ihre Auftriebsgeschwindigkeit exponentiell, wodurch sie durch den Oberflächenfilm gedrückt wird und sofort platzt.
Innerhalb eines Zyklus von 90 bis 180 Sekunden erreicht die Pastendichte 100 % der theoretischen Grenzwerte bei null Restporen.

Vergleich der Entgasungstechnologien für thermische Schnittstellenmaterialien

Häufig gestellte Fragen

Werden flüchtige Lösungsmittel aus meiner Paste verdampfen, wenn ich ein Vakuum von 0,2 kPa anlege?

Vakuum senkt die Siedepunkte von Lösungsmitteln, aber SMIDA-Planetenmischer verfügen über programmierbare, mehrstufige Vakuumprofile.
Die Bediener können eine Hochgeschwindigkeitsmischung bei mäßigem Druck durchführen, gefolgt von einem kurzen, kontrollierten 0,2 kPa-Abschlussimpuls, um Luft zu entfernen, ohne dabei essentielle Verdünnungsmittel zu entfernen.

Wie trägt die Temperaturkontrolle zum Erhalt der Eigenschaften von Wärmeleitpaste bei?

Durch die Zentrifugalbewegung hoher Scherkräfte entsteht naturgemäß Reibungswärme.
Die temperaturkontrollierte TTC-Serie von SMIDA stabilisiert die Kammertemperaturen zwischen -15 °C und 25 °C und hält reaktive Silikone und feuchtigkeitsempfindliche Harze vollständig stabil.

Hohlräume beseitigen mit der SMIDA-Vakuumtechnologie

SMIDA ist ein etablierter Hersteller mit einer ISO 9001-zertifizierten, 6.800 Quadratmeter großen Produktionsstätte in Shenzhen, über 80 Patenten und vollständiger CE-Konformität.
Unsere planetarischen Zentrifugalvakuummischer verarbeiten Chargen von 1 g bis über 100 kg (Anlagenkapazität 150 g bis über 100 kg) und liefern reproduzierbare, porenfreie Pasten für weltweit führende Elektronikinnovatoren.
Kontaktieren Sie unsere Ingenieure in Shenzhen, um eine kostenlose Entgasungsanalyse Ihrer Wärmeleitpastenproben zu vereinbaren.