Die Chiptechnologie stößt bei der Miniaturisierung mittlerweile an ihre physikalischen Grenzen, trotzdem geht es mit neuen Technologiefortschritten in puncto Leistung ununterbrochen weiter. Dieser Technologietrend erfordert individuell zugeschnittene Gehäusekonzepte, die neben dem mechanischen Schutz auch für einen thermischen Ausgleich sorgen.
Mit der 3D-Chiparchitektur werden moderne Chips, durch Stapelung der Schaltkreise, mehrschichtig aufgebaut. Thermisch betrachtet wirkt sich eine Stapelung der Schaltkreise auf die Lebensdauer der Bauteile negativ aus. Grund hierfür ist, dass die Wärme aus den unteren Schaltkreisen, die darüber liegende Schaltkreise, Schicht für Schicht durchqueren muss, bevor sie über das Halbleitergehäuse abgeleitet werden kann.
Für solche und andere thermisch empfindliche Applikationen kommen spezielle Wärmeableitgehäuse aus Aluminium zum Einsatz, die das Überhitzen der Teile verhindern. Aluminium eignet sich wegen der relativ geringen Dichte von 2,7 g/cm3 und der guten Wärmeleitfähigkeit von 220 W/mK
besonders gut als Werkstoff für Wärmeableitgehäuse. Im Strangpressverfahren, welches auch bei der Kühlkörperherstellung zum Einsatz kommt, wird aus der gängigen Aluminium-knetlegierung EN AW-6060, die gewünschte Gehäusegeometrie in Strängen gepresst und zu Gehäuseprofilen weiterverarbeitet.
Die Gehäusegeometrie der Wärmeableitgehäuse besitzt integrierte Kühlrippen, die durch eine Oberflächenvergrößerung, große Mengen Wärme an die Umgebungsluft abgeben. Diese Art von passiver Kühlung bringt den Vorteil, dass Gehäuse durch die fehlenden Lüftungsöffnungen höhere IP-Schutzklassen erreichen und somit auch problemlos in rauen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden können. Zudem werden keine Lüftermotoren benötigt. Dadurch wird eine aktive Überwachung der Entwärmung überflüssig.
Neben der Gehäusegeometrie ist für eine reibungslose Entwärmung der Halbleiter, die effektive Übertragung der Verlustwärme vom Halbleiter zum Gehäuse sicherzustellen. Eine konventionelle Methode hierzu ist der Einsatz von Wärmebrücken in Form von Wärmespreizblechen oder Wärmeleitrohren. Spezielle auf die Applikation ausgelegte Wärmeleitpasten und Folien gleichen die kleinsten Unebenheiten auf der Materialoberfläche aus und verhindern Lufteinschlüsse, die einen hohen Wärmeübergangswiderstand besitzen.
Der Trend zu individuellen Wärmeableitgehäusen nimmt weiter zu. Die Aluminiumstrangpresstechnologie bietet bei der Gestaltung des Gehäuses die nötige Fertigungsgrundlage. Moderne CAD-Systeme gestatten dem Entwickler bereits in der frühen Produktentwicklungsphase eine realitätsnahe Einsicht in das Produkt. Eine Vielfalt an Simulationswerkzeugen wie, FEM-, Thermo- oder EMV-Simulationen unterstützen den Entwickler bei der Auslegung des Produktes. Mit dem heutzutage weit entwickelten 3D-Druck und der Lasersintertechnologie können die ersten Prototypen bereits in kürzester Zeit in die Hand genommen werden. Unterstützung gibt es von versierten Gehäuseherstellern die über langjährige Erfahrung und moderne Technologie verfügen.
