Bild 1: Verschiedenartige Fingerkühlkörper sowie deren Bauteilbefestigung bieten sehr kompakte	und effiziente Entwärmungskonzepte auf der Leiterkarte.

Bild 1: Verschiedenartige Fingerkühlkörper sowie deren Bauteilbefestigung bieten sehr kompakte und effiziente Entwärmungskonzepte auf der Leiterkarte. Fischer Elektronik

Der Begriff thermisches Management wird in der Fachliteratur als der Gebrauch von unterschiedlichen Temperaturüberwachungs- und Entwärmungskonzepte beschrieben. Innerhalb eines auf elektronischen Bauteilen basierenden Systems kann die Entwärmung mittels der natürlichen oder der erzwungenen Konvektion sowie mittels verschiedener Flüssigkeiten, wie Wasser und Öl, erfolgen. Hauptziel einer jeden Entwärmungsmethode, unabhängig von der Funktionsweise, ist es, die Bauteiltemperaturen in einem vom Hersteller vorgegebenen Temperaturbereich zu halten und langfristig zu betreiben.

Aufgrund physikalischer Vorgänge in der Halbleitersperrschicht eines elektronischen Bauelements entsteht eine Verlustleistung, welche direkt in Verlustwärme umgewandelt wird. Die bereits genannte Verlustwärme eines stromdurchflossenen Halbleiters wird durch den elektrischen Widerstand hervorgerufen, welcher durch Zusammenstöße von Elektronen und Atomen beim Schalten binärer Zustände entsteht. Statistische Untersuchungen an fehlerhaften, im Betrieb ausgefallenen elektronischen Baugruppen belegen, dass bei den überprüften Einheiten über 70 Prozent auf ein mangelndes thermisches Management beziehungsweise auf thermische Zusammenhänge zurückzuführen sind. Ausgehend von einer Bauteiltemperatur von 75 °C kann beispielhaft bei einem Temperaturanstieg auf 140 °C, gleichbedeutend mit einem Anstieg der Ausfallrate, um den Faktor 8 gerechnet werden. Die Betrachtung sämtlicher physikalischer Zusammenhänge verdeutlicht, dass ein effizientes und wirkungsvolles thermisches Management für elektronische Bauelemente zwingend erforderlich ist.

Ausführungen der Entwärmungskonzepte

Die leise Art der Entwärmung ist mittels der freien, natürlichen Konvektion gegeben und findet bereits in sehr vielen technischen Applikationen in Form von stranggepressten Aluminiumkühlkörpern ihre Anwendung. Eine auf den Gebrauch perfekt zugeschnittene Kühlkörperauswahl, auch in punkto Grenzschichtbetrachtung und optimalem Auftriebverhalten, gewährleistet eine effektvolle Entwärmungsmöglichkeit. Aus einer hoch wärmeleitfähigen Aluminiumlegierung im Strangpressverfahren hergestellte Kühlkörper liefern effiziente Entwärmungsmöglichkeiten für kleinere, aber auch größere Verlustleistungen und bieten ein optimales Verhältnis aus Preis, Leistung, Gewicht und Volumen. Ein weiterer Mehrwert ist durch die sehr gute und beliebig mechanische Bearbeitbarkeit sowie der Möglichkeit zur Oberflächenbeschichtung gegeben.

Auch für die Entwärmung von elektronischen Bauteilen auf der Leiterkarte sind Kühlkörper verschiedenster Ausführungen bereits ein probates Mittel und nicht mehr wegzudenken. Für sämtliche Transistoren die mittels der IMT-Technik direkt auf der Leiterkarte montiert sind, erfolgt eine sehr gute Wärmeableitung über sogenannte Fingerkühlkörper (Bild 1). Effiziente Kühlkörpertypen für alle gängigen Transistorbauformen, wie zum Beispiel TO 220, TO 218, TO 247 sowie SIP-Multiwatt und etliche mehr, liefern passende Board-Level-Kühlkörper aus Aluminium- oder Kupferwerkstoffen; eine ausgezeichnete Möglichkeit auf kleinstem Einbauraum, geringe bis mittlere Halbleiterverlustleistungen sicher aufzunehmen und an die Umgebung abzuführen. Fingerkühlkörper besitzen eine sehr effektive und kompakte Bauweise, welche aus einer Grundplatte besteht von der abstehende Lamellen oder Fahnen (Finger), in gerader oder auch abgewinkelter Form die Geometrie ergeben. Die horizontale (liegende) oder vertikale (stehende) Befestigung der einzelnen Transistortypen auf dem Kühlkörper erfolgt unter anderem mittels integrierter Befestigungslöcher und Lochbilder für eine Schraubmontage oder für spezielle Transistorhaltefedern.

Einfache Montage

Eckdaten

Stranggepresste Aluminiumkühlkörper sind eine effektive Entwärmungsmöglichkeit für immer kleiner werdende Bauteilabmessungen und stetig steigende Leistungsdichten in komplexer Elektronik. Das Verhältnis aus Preis, Leistung, Gewicht und Volumen entspricht den Erfordernissen der Halbleiterhersteller. Für besonders leistungsstarke elektronische Bauelemente gibt es Flüssigkeitskühlkörper, die für den Wärmetransport mittels einer durchströmenden Flüssigkeit sorgt.

Bei der Schraubmontage wird der Transistor auf den jeweiligen Kühlkörpertyp aufgesetzt und gleichzeitig mit diesem oder auch der Leiterkarte, als eine Einheit verschraubt. Die jeweiligen auf die Bauteile abgestimmten Federklammergeometrien ermöglichen durch ihren hohen Anpressdruck einen optimalen Wärmeübergang zwischen Bauteil und Kühlelement sowie eine einfache und schnelle Montage mit sicherem Halt. Kühlkörperformen mit einer integrierten Klammerbefestigung, die sogenannten Aufsteckkühlkörper, bieten eine weitere Art der Kühlkörperkontaktierung für Transistoren auf der Leiterkarte. Der ebenfalls auf den Transistortyp und auf die benötigte Haltekraft angepasste Befestigungsflansch wird direkt bei der Herstellung durch Biegeprozesse in den Kühlkörperaufbau integriert. Die Montage der elektronischen Bauteile erfolgt hierbei durch Aufschieben des Kühlkörpers auf das Bauteil. Zur mechanischen Fixierung der jeweiligen Fingerkühlkörper auf der Leiterkarte enthalten diese ebenfalls durch den Fertigungsprozess integrierte Lötstifte für eine horizontale oder vertikale Einlötbefestigung. Gleichfalls besteht die Möglichkeit Fingerkühlkörper mit einer komplett lötfähigen Oberfläche zu beschichten, wodurch eine hervorragende Lötbarkeit gemäß der EU-Richtlinie RoHS umgesetzt wird.

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