Diese Stifte haben es in sich: Stiftkühlkörper können auch bei hohen Leistungsklassen für eine zuverlässige Entwärmung sorgen.

Bild: Unsplash, Jess Bailey

Entwärmung von Elektroniksystemen Coole Stifte: Was Stiftkühlkörper alles leisten

07.09.2020

Stiftkühlkörper sind vor allem durch Ihren Einsatz in PCs und Cosumer Electronics bekannt. Jedoch bieten sie sich in entsprechender Ausführung auch bei Leistungsklassen mit einer Abwärme von über 500 W an. Sie bringen Einsparpotenziale beim benötigten Bauraum, machen Werkzeugkosten für ein Fließpressteil obsolet ... Die Vorteile gehen noch weiter.

Das angewandte Fließpressverfahren und die daraus resultierende hohe Materialdichte der Stiftkühlkörper in nahezu reiner Aluminiumlegierung (Al 99,5) sorgen für eine Wärmeleitung von bis zu 236 W/mK. Gleichzeitig erlaubt es eine optimale Wärmeverteilung, da das Material in Wärmefluss- und Materialflussrichtung – von der Basis bis in die Stiftenden – dieselbe Struktur aufweist.

Für den optimalen Wärmeeintrag in die Basisfläche sorgt die standardmäßige Ebenheit der Montagefläche von weniger als 0,1 mm. Erhältlich als Round- oder Square-Cut sind die 50 neuen Stiftkühlkörper von Alutronic hinsichtlich ihrer Abmessungen, aber auch was die Stiftdichte betrifft, größer als bisher von deutschen Herstellern erhältlich. Durch neue Werkzeugtechnik sind sie mit einer Montagefläche von bis zu 160 mm x 260 mm und eine Gesamthöhe von 40 mm aus einem Stück herstellbar.

Schnelle Wärmespreizung auf kleinem Raum

Bei dem bislang größten Standard-Stiftkühlkörpern von Alutronic finden auf einer 120 mm x 200 mm großen Fläche 1.215 Stifte mit einem Durchmesser von 3,2 mm und einer Stifthöhe von 30 mm Platz. Die Bodenstärke beträgt in dieser Dimension 10 mm. Zur Veranschaulichung: Das sind neun Stifte auf 12 mm x 12 mm, wobei der Abstand zwischen den Stiften 1,2 mm beträgt.

Bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C und einer Temperatur der Sperrschicht von 80 °C, was einer Differenz ΔK von 55 K entspricht, wäre ein solcher Stiftkühlkörper bei natürlicher Konvektion für maximal 60 W Abwärme oder 0,91 K/W geeignet. Der Vorteil gegenüber stranggepressten Kühlkörpern ist in diesem Fall die schnelle Wärmespreizung an der Kontaktfläche. Einen herausragenden Vorteil bieten die Stiftkühlkörper allerdings in Verbindung mit forcierter Konvektion.

Dafür kommen zwei Varianten in Frage: Die Belüftung quer zu den Stiften und die Belüftung mittels einer Lüftung von oben, also mit der Stiftrichtung. Simulationen über alle Stiftkühlkörper im Standardangebot der Firma Alutronic haben ergeben, dass die abführbare thermische Energie bei in Stiftrichtung montiertem Lüfter im Vergleich zu natürlicher Konvektion das Fünf- bis Neunfache beträgt.

Wenn quer belüftet werden kann, verbessert sich die Wärmeleitung im Vergleich zur Belüftung in Stiftrichtung noch um weitere 20 bis 40 Prozent. Bei einem Luftdurchsatz von 2 m/s quer zur Stiftrichtung können bei dem größten Standardmodell mit 1.215 Pins 550 W abgeführt werden. Das entspricht bei einem Delta von 55 K einem RthK-Wert von 0,1 K/W.

Das Gewicht des Kühlkörpers liegt in diesem Fall bei 1,6 kg. Eine Entwärmungslösung auf Basis eines stranggepressten Profils wäre mehr als fünfmal so groß und unter 15 kg Kühlkörpergewicht kaum machbar. Mit den Powerblocs lässt sich also erheblich Platz und Gewicht sparen.

Zubehör und Möglichkeiten der Bearbeitung

Zusätzlich zum Standardlieferprogramm gibt es die Option einer mechanischen Fräs- und Bohrbearbeitung, eine Anpassung der Bodenstärke sowie der Stiftzahl. Die Oberfläche kann in Aluminium blank ausgeführt, naturfarben, schwarz oder dekorativ in Blau eloxiert, chromatiert, verzinnt oder vernickelt werden. Die Eloxalbeschichtung bietet den Bauteilen Oberflächenschutz, verbessert die Wärmeabstrahlung und gewährleistet eine elektrische Isolierung.

Als Zubehör sind vormontierte oder beigestellte Lüfter, Isolierung und Wärmeleitung mit anwendungsspezifischen Zeichnungsteilen in allen gewünschten Formen und Abmessungen sowie detaillierte Leistungsdaten erhältlich. Zur Befestigung wird bei Versionen < 50 mm x 50 mm optional ein- und beidseitig wärmeleitende Silikon-Klebefolie vormontiert oder zur eigenen Konfektion mitgeliefert.

Alternativ kann der Kühlkörper auch standardmäßig an das Bauteil geklammert werden. Darüber hinaus sind für die verschiedenen Versionen > 50 mm x 50 mm auch Durchgangsbohrungen zur Schraubmontage oder Clipnuten erhältlich.

Bildergalerie

  • Bei den Standard-Stiftkühlkörpern von Alutronic finden auf einer Fläche von 120 x 200 mm 1.215 Stifte mit einem Durchmesser von 3,2 mm Platz.

    Bild: Morris Willner, Alutronic

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