Hidden Champions der Elektronik: Entwärmen mit Strangkühlkörpern

Die Lebensdauer von Halbleiterbauelementen reduziert sich für jede 10 °C Temperaturerhöhung um 50 Prozent. Daher ist ein geeignetes Thermomanagement, zum Beispiel mit Strangkühlkörpern, essenziell. Bei der Verwendung von Strangkühlkörpern, wie sie Hersteller Fischer Elektronik im Angebot hat, geschieht die Entwärmung der elektronischen Systeme mittels natürlicher (freier) Konvektion. Diese basiert auf dem Mechanismus des Wärmetransports, also das Mitführen von Teilchen, welche thermische Energie enthalten. Bei dem durch Dichte- und Temperaturunterschiede entstehenden Konvektionsauftrieb nimmt der Kühlkörper die am Halbleiter entstehende Wärme auf und leitet diese über seine Rippengeometrie ab.

Kühlkörper für diesen Mechanismus werden hauptsächlich im Extrusionsverfahren hergestellt. Dieses bietet vielzählige Gestaltungsmöglichkeiten, ein gutes Verhältnis von spezifischer Wärmeleitfähigkeit des Materials, Gewicht, Preis und mechanischer Festigkeit in Relation zum Wärmeableitvermögen. Strangkühlkörper sind oftmals im Gerät verbaute Komponenten und müssen immer in Zusammenhang mit anderen Bauteilen gesehen werden. Sie obligen internationalen Normen und benötigen in puncto Durchbiegung der Montageflächen sowie der Breiten- und Höhentoleranz fertigungsbedingt einer mechanischen Nachbearbeitung. Fischer Elektronik bietet Standardstrangkühlkörper, Strangkühlkörper für Einrast-Transistorhaltefedern, Strangkühlkörper für die Leiterplattenmontage, U-Strangkühlkörper und Strangkühlkörper für DC/DC-Wandler.

Integriert auf der Leiterplatte haben stranggepresste Aluminiumprofile in Form von Leiterplattenkühlkörpern Einzug gehalten. Die Befestigung der einzelnen Kühlkörpertypen auf der Leiterplatte erfolgt über einen oder mehrere Lötstifte, als Spann- oder Vollstift. Diese sind fest im Kühlkörper eingepresst und lassen sich durch eine lötfähige Oberfächenbeschichtung direkt in die Leiterplatte einlöten. Auf dem Kühlkörper lassen sich verschiedenartige Transistorbauformen befestigen, z.B. TO 220, TO 218, TO 247 sowie diverse SIP-Multiwatt.

Die Befestigung kann je nach Applikation in liegender oder stehender Form geschehen. Die Befestigung der elektronischen Bauteile erfolgt mittels im Kühlkörper eingebrachter Befestigungslöcher und Lochbilder für die Schraubmontage oder durch spezielle Transistorhaltefedern.

Unterschiedliche, auf die verwendeten Bauteile abgestimmte Federklammergeometrien, liefern neben der Schraubbefestigung durch ihren hohen Anpressdruck einen optimalen Wärmeübergang zwischen Bauteil und Kühlelement sowie eine einfache und schnelle Montage mit sicherem Halt.