07.09.2017

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Wenn es richtig heiß her geht: Kühlkörper aus oder mit Kupfer führen hohe Verlustleistungen schnell ab

Kupfer ist nicht nur ein exzellenter Strom-, sondern auch ein hervorragender Wärmeleiter. Das rote Metall besitzt mit 395 W/(m·K) die höchste Wärmeleitfähigkeit aller Metalle und kühlt damit noch besser als das typische Kühlkörpermaterial Aluminium. Diese Eigenschaft macht sich die Kühlkörpertechnologie insbesondere beim Design von Hochleistungskühlkörpern für die Kühlung von IGBT-Modulen, LEDs, Embedded Systemen oder Leistungselektronik für die Bahntechnik zunutze.


Kühlkörper Kupferkühlplatte

Kühlung von IGBT-Modulen

Die Bodenplatte der Kühlkörper mit ihren Kühlrippen wird aus reinem Kupfer kaltfließgepresst und anschließend maschinell bearbeitet. Dieses Verfahren erlaubt die Herstellung komplexer Einzelteile bei hervorragender Materialausnutzung zu wirtschaftlichen Konditionen bei mittleren und hohen Stückzahlen. Zudem besitzen kaltfließgepresste Produkte eine exzellente Materialdichte und lassen sich gut löten. Diese Eigenschaft ist entscheidend, denn die zu kühlenden elektronischen Bauteile werden direkt auf die Kupferplatte gelötet, was den Aufbau der IGBT-Module wesentlich vereinfacht. Zudem führt die Rippenstruktur zu einer beschleunigten Wärmeableitung. “Kaltfließgepresste Stiftkühlkörper aus Reinkupfer können extrem klein dimensioniert werden und eignen sich daher auch für schwierige Einbausituationen – beispielsweise bei der Kühlung von LED in Automobilscheinwerfern", erklärt Wilfried Schmitz, Geschäftsführer der CTX Thermal Solutions GmbH.

Die Fertigung der kaltfließgepressten Stiftkühlkörper ist übrigens ISO/TS16494 zertifiziert und entspricht somit den Anforderungen der Industrie – speziell der Automobilhersteller.

 

Flüssigkeitskühlkörper mit Kupferrohren

Da Kupfer allerdings mit einer Dichte von 8,92 g/cm³ auch deutlich schwerer ist als Aluminium (2,71 g/cm³), wird das Material in Kühlkörpern häufig mit Aluminium kombiniert. Auf diese Weise werden Gewicht und Kühlleistung optimiert. Ein Beispiel dafür sind Flüssigkeitskühlkörper aus einer Aluminiumplatte mit eingelegten Kupferrohren, durch die die Kühlflüssigkeit strömt. Dazu zählen u.a. die SuperPlate-Kühlkörper aus dem Sortiment von CTX. Sie kühlen Leistungselektronik – beispielsweise in der Bahntechnik oder in Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien – um 15 bis 25 % effizienter als herkömmliche Systeme. Das zu kühlende elektronische Bauteil sitzt direkt auf dem kompakten SuperPlate-Kühlkörper.

 

Kühlung von Embedded Systems

Für die Kühlung von Embedded Systems und IPC bietet CTX ebenfalls spezielle Kühllösungen mit Kupfer an. Insbesondere Embedded-Kühlkörper mit Kupfer-Inlay zur direkten Installation am Hotspot eignen sich hervorragend für die schnelle und gezielte Abführung der entstehenden Verlustleistung. Auf Wunsch liefert CTX komplette Sets inklusive Isolierung, Montagebolzen, Schrauben etc.