Wie unterscheiden sich Hochleistungskühlkörper von herkömmlichen Kühllösungen?
Die hohe Integration der heutigen Leistungshalbleiter, wie zum Beispiel bei FET, MOSFET, IGBT, Triac oder SSR, macht die Entwärmung dieser Leistungsmodule zu einer kniffligen Aufgabe. Innerhalb eines geschlossenen Systems muss beispielsweise anders gekühlt werden als unter stetiger freier Konvektion mit optimalen Bedingungen. Immer dann, wenn der Standard keine ausreichende Lösung bietet und die Anforderungen komplex werden, kommen Hochleistungskühlkörper zum Einsatz. Klassische Standardstrangkühlkörper gelangen bei hohen Verlustleistungen aufgrund ihrer Geometrie und ihres Aufbaus in puncto Wärmeableitung häufig an ihre Grenzen. Speziell für die Wärmeableitung größerer Verlustleistungen bei natürlicher Konvektion sind die sogenannten Hochleistungskühlkörper entwickelt und konzipiert worden, welche in Summe die leistungsfähigsten Kühlkörperausführungen widerspiegeln. Der Kühlkörperaufbau besteht aufgrund der Komplexität und der Schwierigkeit bei der Herstellung aus zwei Teilen. Der im Strangpressverfahren hergestellte Kühlkörperboden enthält eine spezielle Einpressgeometrie, in die wahlweise, je nach Kundenapplikation, verschiedenartige Voll- oder Hohlrippen eingepresst sind.
Welche Eigenschaften muss ein idealer Kühlkörper für Leistungselektronik erfüllen?
Der ideale Kühlkörper löst die an ihn gestellten Anforderungen im thermischen sowie im mechanischen Arbeitsbereich und stellt geeignete Reserven für thermische Ausnahmesituationen bereit. Hierbei gilt nicht zwangsläufig viel hilft viel. Ein Kühlkörper und insbesondere ein Hochleistungskühlkörper sollte immer entsprechend seines Anwendungszwecks ausgewählt und angepasst werden. Darüber hinaus sind bei der Auswahl neben der Effizienz und den thermischen Randbedingungen weitere Faktoren, wie das Gewicht, der zur Verfügung stehende Einbauraum und die damit verbundenen Kosten für das Entwärmungskonzept im Auge zu behalten. Zu guter Letzt muss ein idealer Kühlkörper die Möglichkeit einer vernünftigen und sicheren Bauteilmontage bieten. Der Kühlkörperboden fungiert meistens als Halbleitermontagefläche, führt bei richtiger Dimensionierung zu einer besseren Wärmeverteilung innerhalb des gesamten Kühlkörpers und gewährleistet mittels angepasster Aufnahmegewinde eine solide Befestigung der elektronischen Bauteile.
Neu im Hause Fischer Elektronik sind sogenannte geschälte Lamellenkühlkörper. Was ist das Besondere an diesen Entwärmungslösungen?
Die neue KSK-Serie wird im sogenannten Skiving-Verfahren hergestellt. Hierbei werden aus einem vorgefertigten Aluminiumrohling mittels „Schälblatt“ eng aneinander liegende dünne Lamellen (ähnlich Rippen) auf einer Bodenplatte aufgestellt. Der Vorteil im Vergleich zu gepressten Geometrien liegt in den filigranen dünnen Lamellen mit engem Abstand, welche eine größtmögliche Oberfläche bieten. Derartige Geometrien sind im herkömmlichen Pressverfahren nicht herstellbar. Die einzelnen Lamellen sind infolgedessen übergangslos mit der Kühlkörperbasis ohne zusätzliche thermische Übergangswiderstände verbunden. Auch unter wirtschaftlicher Betrachtungsweise sind Skiving-Kühlkörper sehr interessant und attraktiv, da mitunter Kleinserien aufgrund der geringen Werkzeugkosten günstig umzusetzen sind. Gleichfalls werden kundenspezifische Kühlkörperlösungen gemäß Kundenzeichnung angeboten und produziert. Die Varianten reichen hierbei von unterschiedlichen Kühlkörperbreiten und -längen, verschieden starken Halbleitermontageböden bis hin zur angepassten Rippenanzahl, -abstand und -dicke. In Summe eignen sich Skived-Kühlkörper hervorragend zur Entwärmung von thermoelektrischen sowie ähnlichen Leistungsmodulen und ermöglichen zusätzlich eine große Designflexibilität sowie ein schnelles Prototyping.
Welche Rolle spielen flüssigkeitsbasierte Kühllösungen in der Leistungselektronik und was bietet Fischer Elektronik in diesem Bereich an?
Immer dann, wenn herkömmliche Kühlkörper oder Lüfteraggregate gemäß physikalischer Wirkprinzipien der freien sowie der erzwungenen Konvektion ihren Grenzbereich überschreiten, werden überwiegend flüssigkeitsbasierte Kühllösungen eingesetzt. Ihr Einsatz ist häufig alternativlos. Warum Flüssigkeitskühlkörper bei der Entwärmung elektronischer Bauteile so effektiv sind, wird alleine durch die Betrachtung der spezifischen Wärmekapazität von dem Kühlmedium Wasser verdeutlicht. Diese ist mit einem Wert von 4,182 kJ/kg*K circa 4-fach größer als die von Luft, wodurch sich die Flüssigkeitskühlung deutlich von anderen Entwärmungskonzepten differenziert. Die Flüssigkeitskühlkörper aus dem Hause Fischer Elektronik werden in zahlreichen Ausführungen als I- oder U-durchströmte Varianten angeboten. Als Besonderheit besitzen unsere Flüssigkeitskühlkörper eine interne, dreidimensionale Lamellenstruktur, welche wärmeleitend mit der Basis- und der Bauteilmontageplatte verbunden ist. Hierdurch wird ein sehr guter Wärmetransport vom Kühlelement in die durchströmende Flüssigkeit gewährleistet. Zusätzlich bewirkt diese gegeneinander versetzte Struktur eine homogene und flächige Durchströmung des Flüssigkeitskühlkörpers bei sehr geringen Strömungsdruckverlusten.
Wie unterstützt Fischer Elektronik Kunden bei der Auswahl einer individuellen, auf die Kundenapplikation zugeschnittenen, Kühllösung?
Wir bieten jedem Kunden einen kostenlosen Beratungsservice bis hin zur detaillierten Projektplanung und Thermosimulation an. Auf Basis langjähriger Erfahrung im Bereich der Entwärmung von elektronischen Bauelementen lösen wir kundenspezifische Entwärmungsprobleme. Hierzu bietet Fischer Elektronik im Speziellen – auch als Dienstleistung – eine computergestützte Wärmesimulation an. Mit Hilfe der Wärmesimulation lassen sich die erforderlichen Eigenschaften des Kühlkörpers beziehungsweise des Entwärmungskonzeptes genau ermitteln. Basierend auf physikalischen Konzepten, wie die Erhaltung von Masse, Energie und Impuls, berücksichtigt die Software insbesondere die thermischen Voraussetzungen für eine natürliche oder forcierte Konvektion. Darüber hinaus berechnet die Wärmesimulation physikalische Effekte, wie zum Beispiel Wärmestrahlung und Turbulenzen. Die Emissionsfaktoren der verschiedenen Oberflächen spielen ebenfalls eine Rolle. Als Ergebnis liefert die Simulationssoftware eine für die Applikation passgenaue Entwärmungslösung sowie eine enorme Hilfe bei der Entscheidungsfindung und Auslegung des Elektronikdesigns. Wir verstehen uns als Marktführer und möchten auch genau so wahrgenommen werden. Ein Großteil der am europäischen Markt befindlichen Standardprodukte wurde durch Fischer Elektronik entwickelt.
Was macht Fischer Elektronik in puncto Kühlkörper besser als die Mitbewerber?
Zum einen bieten wir das grösste Kühlkörperstandardsortiment im europäischen Raum an, zum anderen entsprechen unsere Lösungen unserer 54-jährigen Erfahrung. Nicht selten ähnelt unser Programm den üblichen Angeboten auf dem Markt, beim genauen Vergleich stellen sich aber häufig kleine aber bedeutende Unterschiede heraus. Unsere Toleranzen und Parameter stellen in den meisten Fällen die Referenzgröße am Markt dar. Nicht ohne Grund. Wenn wir Kenntnis erlangen von einem Problem unseres Standardproduktes bei einer Anwendung, so verbessern wir dieses. Am Ende profitieren alle Anwendungen und Kunden von diesen kontinuierlichen Verbesserungen und das bereits seit 1968.
Wie hat sich das Geschäft rund um Kühllösungen in den vergangenen Jahren verändert?
Wir bemerken einen Trend weg vom Standard hin zur Beratung komplexer Systeme und Sonderlösungen. Und genau hier liegt unsere Stärke. Wir entwickeln Lösungen mit Verantwortung auch für noch so anspruchsvolle Fälle.
Wie wichtig sind für Sie die Themen wie Umweltschutz und Nachhaltigkeit?
Nachhaltigkeit ist bei uns ein Thema seit der ersten Stunde! Ohne Nachhaltigkeit wären wir heute nicht da, wo wir sind. All unsere Überlegungen und unser tägliches Handeln sind von Nachhaltigkeit geprägt. Unsere aktiven 8.000 Kunden können sich hiervon anlässlich eines Betriebsrundgangs bei uns in Lüdenscheid selbst überzeugen. Jeder unserer Kunden ist herzlich willkommen. Ein Besuch unserer Firma erklärt mehr als 1000 Worte.
