3M Bornitrid-Füllstoffe

Ein beleuchtetes Leiterplatten-Banner für 3M™ Boron Nitride Cooling Fillers

Alles andere als unterkühlte Wissenschaft: Wärmeleitfähige Materialien.

3M™ Boron Nitride Cooling Fillers für wärmeleitfähige, elektrisch isolierende Kunst- und Klebstoffe.

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Hochleistungsmaterial für wärmeleitfähige Kunststoffe

3M™ Boron Nitride Cooling Fillers (3M BN Cooling Fillers) erhöhen die Wärmeleitfähigkeit von Harzverbundformeln. Selbst in geringen Mengen können 3M BN Cooling Fillers die Wärmeleitfähigkeit von fertigen Komponenten um 50 bis 100 % erhöhen. Aber das ist erst der Anfang. 3M BN Cooling Fillers sind auch elektrisch isolierend. Sie können Druck und Temperatur beim Spritzguss standhalten. Weil sie hinzugefügt werden können, ohne den Volumenfüllgrad signifikant zu verändern, können sie die Wärmeleitfähigkeit bestehender Verbindungen erhöhen, den Füllstoffverbrauch reduzieren und potenziell die Kosten senken. Diese Fähigkeiten bedeuten viel mehr als nur thermische Effizienz. Sie ermöglichen eine viel breitere Verwendung von Kunststoffharz-basierten Teilen - und bieten daher ideale Lösungen für Branchen wie Kommunikationsinfrastruktur (US, Engl.) und Automobil-OEM, in denen Leichtbau, elektrische Isolierung und kontrollierte Viskosität wichtig sind.

3M BN Cooling Fillers können verwendet werden für:

Thermosets (Acryl, Epoxid, PU) – Klebstoffe, Fette, Wärmeleitpasten, spritzgegossene Teile, Vergussmassen, Isolationsfolien, TIMs (Thermische Interface Materialien)
Elastomere (TPE, TPU, Silikon, Acrylat) – Klebstoffe, Fette, Spaltfüller, TIMs (Folien und Pads)
Thermoplaste (PA, PC, PPS, PET) – Gehäuse, LED-Fassungen, Isolationsfolien, spritzgegossene Teile

Erfahren Sie, warum 3M Boron Nitride Cooling Fillers im Vergleich die effektiveren thermisch leitfähigen Füllmaterialien sind (Engl., PDF, 292 KB)

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Thermische Leitfähigkeit

Mit einer thermischen Leitfähigkeit des Materials von 400 W/m·K in der Ebene können 3M BN Cooling Fillers die Wärmeleitfähigkeit von Polymeren im Vergleich zu Aluminiumoxid-Füllstoffen um das 2- bis 8-fache erhöhen.
Elektrische Isolierung

3M BN Cooling Fillers bieten eine elektrische Widerstandsfähigkeit von >10¹⁵ Ohm·cm mit hoher Durchbruchfestigkeit.
Verarbeitbarkeit

Da 3M BN Cooling Fillers zu den am wenigsten abrasiven Füllstoffen gehören, die in Kunststoffverbindungen verwendet werden, können sie dazu beitragen, den Verschleiß von Produktionsmaschinen zu minimieren und die Lebensdauer der Geräte möglicherweise zu verlängern. Sie sind in mehreren Qualitäten erhältlich, um eine ausgezeichnete Viskositätskontrolle zu gewährleisten.
Leichtes Materialgewicht

3M BN Cooling Fillers sind leicht (Dichte von 2,25 g/cm³) und ermöglichen Verbindungsdichten von 1,2 - 1,6 g/cm³.

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Besser zusammen: Verwendung von 3M BN Cooling Fillers als Verstärkung für thermisch leitfähigere Verbindungen

3M BN Cooling Fillers sind mit vielen anderen Füllstoffen kompatibel. Dies macht sie zum hervorragenden Sekundärfüllstoff, um die isotrope Wärmeleitfähigkeit von fertigen Materialien zu verbessern. Betrachten Sie die hier gezeigte Verbindung, die 40% Alumosilikat-Füllstoff enthält. Durch die Reduzierung des Alumosilikat auf 30% und die Zugabe von 10% 3M BN Cooling Fillers steigt die Wärmeleitfähigkeit der Verbindung um 50-100% - ohne die Gesamtfüllstoffbeladung wesentlich zu verändern und ohne andere Leistungsfaktoren in den fertigen Teilen signifikant zu beeinflussen."

Erfahren Sie mehr über das Wärmeleitfähigkeits-Material 3M™ Boron Nitride Cooling Fillers (Engl., PDF, 98,7 KB)

Optimieren der Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen mit 3M Boron Nitride Cooling Fillers

Vergleich der Wärmeleitfähigkeit von verschiedenen thermischen Füllstoffen
- Es gibt viele gute Gründe, warum Kunststoffe die bevorzugten Materialien moderner Designer sind. Dazu gehören ihre relativ geringen Kosten, ihre Eignung für die Großserienproduktion und die außergewöhnliche Designfreiheit, die sie ermöglichen.
  
  Die Verwendung vieler Kunststoffe ist jedoch begrenzt, da moderne elektronische Komponenten Polymere erfordern, die Wärme auf engem Raum effektiv ableiten. Herkömmliche Kunststoffe sind zwar nicht wärmeleitend, aber durch Zugabe von thermischen Füllstoffen lässt sich diese Lücke effizient füllen.
  
  Betrachtet man die Landschaft der potenziellen thermischen Füllstoffe, so ist Bornitrid der elektrisch isolierende Füllstoff mit der höchsten Wärmeleitfähigkeit.
  
  Es ist 8 bis 20 Mal wärmeleitfähiger als Aluminiumoxid-Füllstoffe (intrinsisch) und 2 bis 8 Mal wärmeleitfähiger, wenn es in Polymere gemischt wird.
Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit bestehender Compounds mit 3M Boron Nitride Cooling Filler Flakes
- Heutige Kunststoffcompounds enthalten oft eine Vielzahl von Additiven, um Faktoren wie mechanische Eigenschaften (z. B. Glas- oder Mineralfasern), Flammschutz (z. B. Aluminiumhydroxid), Gewicht (z. B. 3M™ Glass Bubbles) und Kosten (z. B. Aluminiumhydroxid oder Talkum) einzustellen. Die Wärmeleitfähigkeit dieser Compounds ist in der Regel gering und kann durch die Zugabe geringer Mengen (1-10 Gew.-%) von 3M Boron Nitride Cooling Filler Flakes in den bestehenden Compound drastisch erhöht werden.
Durch die Kombination von Partikeln mit unterschiedlichen Geometrien entsteht ein komplexes Netzwerk im Polymer. Dank ihrer einzigartigen Größe und Form können 3M Bornitrid Cooling Filler Flakes als sekundärer Füllstoff, Brücken zwischen anderen Füllstoffen bilden.

Dies begünstigt die Perkolation, weniger Grenzflächen zwischen dem Füllstoff und dem Polymer, eine deutlich erhöhte Wärmeleitfähigkeit des Compounds und eine verbesserte Wärmeableitung in z-Richtung.

Das Beispiel links (3M Laborforschung) zeigt, wie die Wärmeleitfähigkeit eines alumosilikathaltigen Epoxidharzes durch die Zugabe von 3M Boron Nitride Cooling Fillers CFF 500-3 als Sekundärfüllstoff erhöht werden kann.

In Kundenversuchen begann die Verstärkung in Epoxid-Vergussharzen bereits bei 1 Gew.-% Zusatz von 3M Boron Nitride Cooling Filler Flakes. Bei < 10 Gew.-% 3M Boron Nitride Cooling Filler Flakes 200-3 beispielsweise steigt die Wärmeleitfähigkeit von 1 auf 2 W/mK. Der Verstärkungseffekt wurde auch bei einer Reihe anderer Polymere beobachtet.
Wie die Änderung der Spritzgießparameter die Wärmeleitfähigkeit beeinflusst
- Aufgrund des anisotropen Verhaltens und des Aspektverhältnisses von 3M Boron Nitride Cooling Fillers hängt die through-plane Wärmeleitfähigkeit von spritzgegossenen Polymeren stark von den Einspritzparametern ab.
3M Boron Nitride Cooling Filler Flakes orientieren sich aufgrund der Reibung zum Werkzeug in der Regel parallel zur Einspritzrichtung.

Die Orientierung in der Mittelzone des Spritzgussteils kann jedoch durch die Spritzgießparameter beeinflusst werden.
Wie die Änderung der Compoundierparameter die Wärmeleitfähigkeit beeinflusst
- 3M Boron Nitride Cooling Filler Agglomerates und Flakes sind zu größeren Aggregaten verdichtete Plättchen.
  
  Die besten Ergebnisse in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit werden erzielt, wenn die Scherkräfte während des Compoundierprozesses begrenzt sind.
  
  Um eine niedrige Scherung und eine weiche Compoundierung zu erreichen, ist es wichtig, niedrige Drehzahlen zu verwenden.
  
  Wir raten auch davon ab, Knetblöcke für 3M Boron Nitride Cooling Filler Agglomerates und Flakes zu verwenden.
  
  Niedrigere Drehzahlen in Verbindung mit dem Verzicht auf Knetblöcke ermöglichen die höchsten Wärmeleitfähigkeiten.
Vergleich der Wärmeleitfähigkeit verschiedener 3M Boron Nitride Cooling Fillers
- Platelets
  
  3M BN Cooling Filler Platelets sind hervorragend für eine höhere in-plane Wärmeleitfähigkeit geeignet. Sie schaffen relativ einfache, direkte Wärmeleitwege, die sich über die Flächenebene verteilen.
- Flakes
  
  3M BN Cooling Filler Flakes helfen dabei, ein Gleichgewicht zwischen in-plane und through-plane Leitfähigkeit herzustellen. Sie enthalten Platelets, die im Vergleich zu ihrer Verwendung alleine eher zufällig orientiert sind. Flakes eignen sich auch ideal zur Verbesserung der Wärmeleiteigenschaften.
- Agglomerate
  
  3M BN Booling Filler Agglomerate bieten eine sehr hohe through-plane Leitfähigkeit für Polymerverbindungen und Fertigteile. Sie enthalten Platelets, die zufällig orientiert sind und eine isotrope Wärmeleitfähigkeit innerhalb des Polymers für eine ausgezeichnete Wärmeableitung erzeugen.
Kosteneinsparungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette durch den Einsatz von 3M Boron Nitride Cooling Fillers
- Jüngste Initiativen in der Elektro- und Elektronikindustrie haben gezeigt, dass Kunststoffe mit 3M Boron Nitride Cooling Fillers Kosten sparen, die Produktleistung verbessern und die Designmöglichkeiten erweitern können.
  
  Da das mit Bornitrid gefüllte Compound elektrisch isolierend ist, kann es direkt um Leiterplatten gespritzt werden und fungiert dabei sowohl als Kühlkörper als auch als Reflektor. Durch die Verringerung der Anzahl der Komponenten und die Möglichkeit der Herstellung in einem Schritt konnten die Gesamtsystemkosten im Vergleich zu früheren Lösungen mit Metallgehäusen um 30 % gesenkt werden. Gleichzeitig wird durch das hervorragende Wärmemanagement die Lebensdauer der LED verlängert.
  
  Das folgende Beispiel zeigt eine Lösung für eine neue LED-Taschenlampe, die TIMs, sekundäre Kühlkörper - und sogar den Reflektor - zusammenführt und gleichzeitig die Gesamtkonstruktion vereinfacht.
Konventionelle ungefüllte Polymere

Wärmeleitfähige Polymere