Applikation - Mikrofluidik- und reaktorik

Thema

Kühler für Leistungselektronik

DCB-Substrat mit keramikintegrierten Kühlkanälen inkl. IGBT mit Anschlusskontaktierung (BMBF Verbundprojekt KAIROS, FKZ: 13N11658).

Schematische Darstellung eines aktiv gekühlten DCB-Substrates (Arbeitschema HTCC-Kühler).

Technologischer Herstellungsprozess eines HTCC-Kühlers.

Die Entwärmung ist eine zentrale Aufgabenstellung für Schaltungsträger der Leistungselektronik. So sind zum Beispiel beim Betrieb von IGBT’s Verlustleistungen bis zu 100 W/cm² abzuführen. Die verwendeten Basissubstrate müssen deshalb den Anforderungen einer möglichst hohen Wärmeleitung und Temperaturbeständigkeit als auch einer hohen elektrischen Isolationsfunktion genügen. Geeignet sind daher z.B. glasisolierte Metallsubstrate, in den meisten Fällen jedoch keramische Substrate. Oftmals werden zusätzlich zur passiven Wärmespreizung aktive Lüfter bzw. Wasserkühler mit Umwälzpumpen eingesetzt. Für die Kühlung mit flüssigen Kühlmedien ist das direkte Einbringen von Kanälen in das Substrat vorteilhaft.

Die Vor-Ort-Integration von Signal- und Leistungselektronik mit Hilfe der Kombination von keramischer Mehrlagentechnologie (LTCC, HTCC), hoher Integrationsdichte passiver Funktionen, Direct Copper Bond-Technologie und integrierter passiver und aktiver Kühlung stellt einen herausfordernden Technologieansatz für neuartige Baugruppen dar:

  • Die Reduktion von Leitungsverlusten,
  • Die monolithische Integration gerichteter Wärmepfade durch hoch wärmeleitfähige Materialien in LTCC im Zusammenspiel mit fluidisch konvektiver Kühlung in der HTCC/DCB-Leiterplatte zur Erzielung effektiver Wärmewiderstände unter 0,5 K/W (1cm²).

 

Technische Kenndaten

 

  • Kühlergrößen: 1x1 bis 20x20 cm²
  • Kühlleistung: <100 W/cm²
  • Rth: <0,5 K*cm²/W
  • Material: HTCC, LTCC

Leistungsangebot

 

  • Entwicklung von effizienten Kühl- und Heizstrukturen für mikrofluidische Anwendungen in den Gebieten der Leistungselektronik, Medizinische Anwendungen oder Optische-Kühlsysteme (LED-Kühler)
  • Prototypen bis Musterfertigung