Glimmerisolator
Englisch: mica insulator
Eine elektrische Isoliermaterialschicht aus Glimmer, die zwischen ein Leistungshalbleiterbauelement und den Kühlkörper gelegt wird.
Glimmerisolator: Wärmepfad mit null elektrischer Leitfähigkeit
Ein Glimmerisolator ist eine dünne Schicht aus geschichttem Silikatmineral, die zwischen einem Leistungshalbleiter (wie ein Transistor oder eine Diode) und einem Metallkühlkörper angebracht wird. Seine Aufgabe ist es, den elektrischen Strom zum Kühlkörper zu blockieren, während gleichzeitig die Wärme von der Sperrschicht abgeleitet wird. Der Halbleiter erzeugt sowohl Wärme als auch elektrisches Potential; der Glimmer hält diese voneinander isoliert.
Die Isolierfestigkeit von Glimmer kommt von seiner kristallinen Struktur, die parallele Atomschichten bildet, die den Elektronenfluss senkrecht zur Ebene blockieren. Die elektrische Durchschlagsspannung für typische Glimmerfolien liegt bei 2 bis 4 kV pro Millimeter Dicke. Gleichzeitig leitet Glimmer Wärme für einen Isolator recht gut, mit einer Wärmeleitung von etwa 0,3 bis 0,4 Watt pro Meter-Kelvin. Diese ungewöhnliche Kombination macht Glimmer für diese Anwendung in der Leistungselektronik nahezu unersetzlich.
Spezifikation und Montage
Glimmerisolatoren werden in Standarddicken von 0,05 mm bis 0,5 mm verkauft, zugeschnitten für gängige Halbleiterpakete. Die Folie wird mit Wärmepaste oder Wärmefett auf beiden Seiten zwischen dem Bauteilgehäuse und dem Kühlkörper eingespannt, um winzige Luftlücken zu füllen, die Wärme einschließen würden. Aluminiumoxid- und Bornitridfolien erfüllen ähnliche Funktionen, sind aber spröder; Glimmer bleibt flexibel und weniger anfällig für Risse bei thermischen Wechselbeanspruchungen.
Feuchtigkeitsaufnahme ist ein echtes Ausfallrisiko. Glimmer, der Feuchtigkeit aufgenommen hat, verliert seine Isolierfestigkeit und kann bei hohen Spannungen zu Leckstrom zum Kühlkörper führen. Lagerung in versiegelter Verpackung mit Trockenmittel ist übliche Praxis. In feuchten Klimazonen müssen Glimmerisolatoren vom Empfang bis zur Montage trocken gehalten werden, oder es sollten wärmeleitsame Klebstoffe verwendet werden, die für Elektroisolation ausgelegt sind.
Der Name stammt vom Mineral selbst, das seit Jahrhunderten abgebaut und in Folien gespalten wird. Die industrielle Glimmerisolation entstand Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts, als Leistungstransistoren und Thyristoren eine leichte, mechanisch einfache Wärmeschnittstelle forderten, die keine teuren Vergussmassen oder Epoxydharz-Umhüllung erforderte.