Polyimid- (Kapton-) Heizelement
Polyimid- (Kapton®-) Folie ist ein organisches Material mit sehr hoher Durchschlagsfestigkeit, dünnem flexiblen Profil und geringer thermischer Masse und bietet zugleich eine hervorragende Beständigkeit gegen die meisten Lösungsmittel, Säuren und Strahlung. Da das Material lichtdurchlässig ist, ermöglichen Polyimid- (Kapton®-) Heizelemente eine einfache visuelle Kontrolle der inneren Folienschaltung.
Angebot anfordernWarum Polyimid- (Kapton-) Heizelemente#
Flexible Heizelemente gibt es in verschiedenen Ausführungen — Polyimid (Kapton), Silikongummi, Glimmer und Teflon gehören zu den gängigsten. Polyimid sticht in vier Bereichen heraus, die für anspruchsvolle OEM-Präzisionsanwendungen besonders entscheidend sind.
Geringe Ausgasung für Vakuum- und Reinraumumgebungen. Polyimid- (Kapton®-) Folie weist außergewöhnlich niedrige Ausgasungseigenschaften auf und ist damit das Material der Wahl für Vakuumkammern, Raumfahrtanwendungen und Halbleiterfertigungsprozesse, bei denen flüchtige Kontamination nicht tolerierbar ist. Silikon-Heizelemente sind hingegen aufgrund ihrer Ausgasung für Hochvakuum-Umgebungen nicht geeignet.
Geringe elektromagnetische Störungen für empfindliche Messtechnik. Polyimid-Heizelemente können in bifilarer Anordnung ausgelegt werden — benachbarte Leiterbahnen führen den Strom in entgegengesetzter Richtung und heben so das Magnetfeld auf, das ein herkömmliches Heizelement andernfalls erzeugen würde. In Verbindung mit der inhärent geringen Ausgasung der Polyimidfolie eignet sich dasselbe Heizelement sowohl für Vakuumkammern als auch für magnetisch empfindliche Umgebungen wie MRT-Gradientenspulen, NMR-Probenköpfe, Atomuhren und kryogene Stufen in Quantencomputern.
Die erste Wahl für Niederspannungs- und kompakte Bauformen. Die Ätzfolientechnik erlaubt es, Polyimid-Heizelemente mit sehr niedrigen Widerstandswerten auszulegen, was sie ideal für 5-V-, 12-V- und 24-V-Anwendungen in batteriebetriebenen oder in Elektronik integrierten Geräten macht. Bei einer Dicke von nur 0,2 mm und einem minimalen Biegeradius von 0,8 mm finden Polyimid-Heizelemente Platz, wo kein anderes Heizelement mehr passt — direkt auf Leiterplatten, optischen Komponenten und Präzisionssensoren, ohne nennenswertes Gewicht oder Volumen hinzuzufügen.
Visuelle Transparenz für Inspektion und Designkontrolle. Im Gegensatz zu undurchsichtigen Silikon- oder Glimmer-Heizelementen ist Polyimidfolie lichtdurchlässig, sodass das geätzte Mäandermuster direkt durch die Heizeroberfläche hindurch erkennbar ist. So lassen sich der Leiterbahnverlauf überprüfen, Fertigungsfehler erkennen und die Ausrichtung der Heizzonen bestätigen — ohne das Heizelement zu zerlegen oder sich allein auf die Dokumentation verlassen zu müssen.
Das Ergebnis ist ein für Präzision konzipiertes Heizelement — überall dort, wo Platz, Gewicht und Kontaminationskontrolle nicht verhandelbar sind.
Geätztes Folienelement#
Polyimid- (Kapton-) Heizelemente verwenden eine sehr dünne geätzte Metallfolie (z. B. 50 μm, meist Nickelbasislegierung) als Widerstandselement. Die zu ätzende Widerstandsspur wird im CAD entworfen und auf die Folie übertragen, die anschließend durch Säurespray bearbeitet wird, um das gewünschte Widerstandsmuster zu erzeugen.
Dank der Ätzfolientechnik lassen sich komplexe Temperaturprofile und ein breites Spektrum an Widerstandswerten realisieren. Eine bifilare Mäanderanordnung ist möglich und oft erforderlich, um parasitäre Induktivitäten in der Schaltung zu eliminieren.
Technische Daten#
Mit einer Dicke von nur 0,2 mm und einem Biegeradius von bis zu 0,8 mm sind Polyimid-Heizelemente die dünnste flexible Heizlösung bei SINOMAS und arbeiten bis 260 °C.
| Parameter | Wert | Parameter | Wert | Parameter | Wert |
|---|---|---|---|---|---|
| Eingangsspannung | 5 V – 400 V | Max. Temperatur | 260 °C (Anm. 3) | Min. Breite | 8 mm (Anm. 1) |
| Leistungsdichte | ≤ 3,0 W/cm² | Min. Temperatur | -50 °C | Max. Breite | 500 mm (Anm. 2) |
| Leistungstoleranz | ≤ ±5 % | Aluminium-Folienrückseite | optional | Dicke | ≤ 0,2 mm |
| Isolationswiderstand | > 100 MΩ | Isolationsdeckschicht | optional | Biegeradius | ≥ 0,8 mm |
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Temperatursensor | RTD / Pt100, Thermistor / NTC, Thermoelement, Temperatursicherung, Temperaturschalter |
| Klebebeschichtung | optional mit PSA von 3M |
| Schaltungsdesign | duale Eingangsspannung, mehrere Heizzonen, bifilare Auslegung usw. |
| Anschlussleitungen | Teflon-, Silikon- oder PI-isolierte Kabel, verschiedene Stecker / Anschlüsse verfügbar |
| Prüfspannung | 1000 V AC, 1 Minute |
Anmerkungen:
- Die minimale Breite eines Polyimid- (Kapton-) Heizelements beträgt 8 mm bei einseitigem Leitungsabgang und 5 mm bei beidseitigem Leitungsabgang.
- Die maximale Breite eines Polyimid- (Kapton-) Heizelements wird durch die Breite der eingehenden Polyimidfolienrolle begrenzt. Bei entsprechender Stückzahl können wir auch breitere Heizelemente fertigen. Grundsätzlich gibt es für die Länge des Heizelements keine Begrenzung.
- Die maximale Betriebstemperatur von 260 °C gilt für Polyimid-Heizelemente ohne Klebebeschichtung.
Polyimid-Heizelemente mit Metallrückseite#
Aluminium- oder Kupferfolien-Rückseiten können auf Polyimid-Heizelemente laminiert werden, um die Wärmeverteilung zu verbessern und eine EMV-Abschirmung zu gewährleisten. Aluminium ist die häufigere Wahl für die Wärmespreizung, während Kupfer dank seiner höheren elektrischen Leitfähigkeit eine bessere EMV-/EMI-Leistung bietet. Diese Bauweise wird erfolgreich in Polyimid-Heizelementen für medizinische CT-Scanner, Teilchenbeschleuniger und ähnliche Präzisionsgeräte eingesetzt.
Anwendungen#
- Medizinische Diagnosegeräte: Erwärmung von Probenträgern, Reagenzflaschen, CPAP-Atemluftbefeuchtern usw.
- Stabilisierung optoelektronischer Bauelemente
- Kältetauglicher Betrieb von Außenelektronik wie Laptops, Leuchtkästen, Geldautomaten
- Schutz von Flugzeugelektronik und mechanischen Komponenten in kalten Einsatzumgebungen
- Magnetfeldempfindliche Instrumente: MRT-Gradientenspulen, NMR-Probenköpfe, Atomuhren, Kryostaten für Quantencomputer
- Vorwärmung von EV-Batteriepacks zur Leistungssicherung bei Kälte