CeramTec, weltweiter Hersteller technischer Hochleistungskeramik präsentierte seine kürzlich entwickelte keramische Kühllösung für ein Leistungsmodul, das seinen Einsatz in Wechselrichter im Antriebsstrang von E-Autos findet. Denn gerade die Leistungselektronik in der E-Mobilität benötigt innovative Kühllösungen, die auf kleinstem Raum sicher und zuverlässig funktionieren. Kühllösungen des Unternehmens können hier einen entscheidenden Beitrag leisten.
Elektromobilität ist massiv auf dem Vormarsch. Bei der Weiterentwicklung der Antriebsstränge stößt die Automobilindustrie jedoch auf Herausforderungen, darunter knapper Bauraum, steigende Leistungsanforderungen und die Forderung nach hohen Reichweiten. Dank neuer Materialien erreichen Halbleiterchips zwar immer höhere Leistungsdichten, dies erzeugt jedoch zugleich mehr Wärme. Um Leistungssteigerungen dennoch umsetzen zu können, ist es nötig, thermische Widerstände zu senken. Dieser Herausforderung hat sich das Unternehmen gestellt und eine wegweisende Kühllösung für die Leistungselektronik in Elektroautos entwickelt. Sie trägt dazu bei, dass die Regelung und Steuerung in der Elektromobilität sicher und zuverlässig funktionieren.
Keramische Kühlkörper für e-Mobility-Lösungen
Hochleistungskeramik eignet sich besonders, um beispielsweise SiC-Halbleiterchips zu entwärmen, da sie hohe Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolierung sowie Korrosions- und Verschleißfestigkeit bietet. Besonders hohe Leistungsdichten werden mit Flüssigkühlern erreicht. Denn anders als Luft erreichen Wasser oder Glykol-Gemische eine signifikant höhere Entwärmungsleistung. Damit es zu einer effizienten Entwärmung kommt, wird bei der neuen Generation keramischer Kühlsysteme der Chip mittels der Chip-on-Heatsink Technologie direkt auf dem metallisierten Keramik-Kühlkörper angebracht. So ist er besonders nah an der Kühlflüssigkeit. Dafür werden die strukturierten Kupferbleche direkt auf der Vorder- und Rückseite des Keramikkühlers aufgebracht. Mittels dieses Aufbaus ist es auch möglich, beide Seiten als Schaltungsträger zu nutzen und gleichzeitig zu kühlen.
Die innere Kühlstruktur der Keramik ist als Pin-Fin-Struktur aufgebaut. Das vergrößert die Wärmeübertragungsfläche des Kühlkörpers deutlich und ermöglicht eine ideale Umspülung der Pin-Fin-Oberfläche. So wird Wärme bestens abtransportiert und zugleich erhöht die Struktur die mechanische Festigkeit, welche so Druck-, Torsions- und Biegekräfte gut aufnehmen kann.
Im Vergleich zu herkömmlich aufgebauten Systemen beträgt der thermische Widerstand von Chip-on-Heatsink Kühlkörpern lediglich die Hälfte des Wertes. Der sehr kompakte Kühlkörper ist dabei nur 48 x 36 mm groß, 3,6 mm dick (inkl. Metallisierung) und wiegt zehn Gramm. Anhand der thermischen Charakterisierung wurde die Performance des Moduls eindrucksvoll im PowerCycling Test bestätigt. Der thermische Widerstand des Leistungsmoduls mit Pin-Fin Keramik-Kühler beträgt im Auslegungspunkt vom Chip bis ins Kühlwasser 0,15 K*cm²/W. Weiterführende Informationen über die CeramTec Kühltechnologie hier.
