Leistungselektronik kühlen Keramische Kühlkörper in der E-Mobilität

Bei der Weiterentwicklung der Antriebsstränge stößt die Automobilindustrie auf Herausforderungen, darunter knapper Bauraum, steigende Leistungsanforderungen und die Forderung nach hohen Reichweiten. Dank neuer Materialien erreichen Halbleiterchips zwar immer höhere Leistungsdichten, dies erzeugt jedoch zugleich mehr Wärme.

Um Leistungssteigerungen dennoch umsetzen zu können, ist es nötig, thermische Widerstände zu senken. Dieser Herausforderung hat sich CeramTec gestellt und eine neue Kühllösung für die Leistungselektronik in Elektroautos entwickelt. Sie trägt dazu bei, dass die Regelung und Steuerung in der Elektromobilität sicher und zuverlässig funktionieren.

Neue Generation keramischer Kühlsysteme

Damit es zu einer effizienten Entwärmung kommt, wird bei der neuen Generation keramischer Kühlsysteme der Chip mittels der Chip-on-Heatsink-Technologie direkt auf dem metallisierten Keramik-Kühlkörper angebracht. So ist er besonders nah an der Kühlflüssigkeit. Dafür werden die strukturierten Kupferbleche direkt auf der Vorder- und Rückseite des Keramikkühlers aufgebracht. Mittels dieses Aufbaus ist es möglich, beide Seiten als Schaltungsträger zu nutzen und gleichzeitig zu kühlen.

Die innere Kühlstruktur der Keramik ist als Pin-Fin-Struktur aufgebaut. Das vergrößert die Wärmeübertragungsfläche des Kühlkörpers deutlich und ermöglicht eine ideale Umspülung der Pin-Fin-Oberfläche. So wird Wärme bestens abtransportiert und zugleich erhöht die Struktur die mechanische Festigkeit, welche so Druck-, Torsions- und Biegekräfte gut aufnehmen kann.

Im Vergleich zu herkömmlich aufgebauten Systemen beträgt der thermische Widerstand von Chip-on-Heatsink Kühlkörpern die Hälfte des Wertes. Der Kühlkörper ist dabei nur 48 mm x 36 mm groß, 3,6 mm dick und wiegt 10 g.

Anhand der thermischen Charakterisierung wurde die Performance des Moduls im PowerCycling-Test bestätigt. Der thermische Widerstand des Leistungsmoduls mit Pin-Fin-Keramik-Kühler beträgt im Auslegungspunkt vom Chip bis ins Kühlwasser 0,15 K x cm²/W.