Im Allgemeinen handelt es sich bei einem Phasenwechselmaterial um ein Material, das Energie speichert oder freisetzt, wenn es seine Phase von fest zu flüssig oder von flüssig zu fest wechselt, wobei es 4 allgemeine Kategorien von Phasenwechselmaterialien gibt.
- Salzhydrate wie Natriumsulfat, Kalziumchlorid, Natriumacetate, usw.
- Eutektische Salze
- Paraffine
- Paraffinfreie organische Stoffe
Diese Kategorien von Phasenwechselmaterialien sind jedoch nicht allumfassend. Andere Materialien wie Metalle, ob eutektisch oder nicht, werden aufgrund ihrer Fähigkeit, Wärmeenergie zu speichern und abzuführen, als Phasenwechselmaterialien verwendet.
Laut Maurice J. Marongiu von MJM Engineering, der ein Webinar über Phasenwechselmaterialien durchgeführt hat, liegt die Schmelztemperatur eines typischen Phasenwechselmaterials zwischen 0 und 250 ºC. Offiziell können Lote bei höheren Temperaturen schmelzen, wie z. B. die eutektische Legierung AuGe, die bei 356 ºC schmilzt, aber die meisten verwendeten Lote schmelzen unter 250 ºC.
Die Phasenwechselmaterialien sind in der Welt der thermischen Schnittstellen für die Elektronik weit verbreitet und weisen engere Gemeinsamkeiten auf: So liegt die Phasenwechseltemperatur für diese thermischen Schnittstellenmaterialien im Bereich der üblichen TIM-Übergangstemperatur, die in der Regel unter 100 ºC liegt, weshalb wir eine Metallschnittstelle in dieser Branche als Phasenwechselmaterial betrachten, wenn es sich um eine Legierung oder ein Material handelt, das seine Phase unter 100 ºC ändert.
Beim Einbau eines metallischen oder nichtmetallischen Phasenwechselmaterials in eine Wärmeschnittstelle müssen einige konstruktive Überlegungen angestellt werden:
- Phasenwechselmaterialien werden als feste Pads aufgetragen, die bei Raumtemperatur fest sind und in bestimmten Abmessungen vorliegen, so dass sie leicht zu handhaben sind, wobei eine konsequente Anwendung selbstverständlich sein sollte.
- Das geeignete Phasenwechselmaterial, das für eine Anwendung entwickelt wurde, hat eine Phasenwechseltemperatur, die innerhalb des normalen Betriebszyklus des Geräts erreicht wird.
- Die flüssige Phase dieser Materialien hat eine ausgeprägte Viskosität, und je nach Material, Einspanndruck und Einbaulage kann das geschmolzene Material auslaufen. Es sollten geeignete Vorkehrungen getroffen werden, um ein Auslaufen des Materials zu verhindern, insbesondere in Richtung aktiver elektrischer Komponenten, wenn das Phasenwechselmaterial elektrisch leitfähig ist.
- Wenn ein Phasenwechselmaterial von einem festen in einen flüssigen Zustand übergeht, vergrößert sich das Volumen des Materials, und wenn sich das Phasenwechselmaterial ausdehnt und das Reservoir bricht, führt dies zu Lecks und schließlich zum Ausfall des elektronischen Geräts, da sich die thermische Schnittstelle mit Luft füllt.
