Höhere Leistungsdichte erreichen Direktkühlung soll die Halbleitertechnik verändern

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Eine direkte Flüssigkühlung lässt die Leistungsdichte von Halbleitern erheblich steigern. Das sagt Dr. Martin Schulz von Littelfuse. Moderne Modulaufbauten erlauben die Kombination mit Direktkühltechnik. Thermische Widerstände sinken und man erreicht höhere Strom- und Leistungsdichten.

Mit direkter Flüssigkühlung lässt sich die Leistungsdichte steigern. Das ist die Kernaussage von Dr. Martin Schulz von Littelfuse in seinem Vortrag auf den Cooling Days 2024. Schulz beschreibt moderne Modulaufbauten, die mit Direktkühltechnik kombiniert werden. Das ist in Hochleistungs-Scheibenzellen üblich. Eine Hochleistungs-Scheibenzelle ist eine spezielle Art von Leistungshalbleiter, die in Hochleistungsanwendungen eingesetzt wird. Diese Zellen sind scheibenförmig und zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, hohe Ströme und Spannungen zu handhaben.

Elektrisch aktive Kühlkörper eliminieren die Isolation zwischen Halbleiter und Kühlkörper, wodurch thermische Widerstände reduziert und höhere Strom- und Leistungsdichten erreicht werden. Änderungen in der Aufbau- und Verbindungstechnik sind notwendig, um höhere Strombelastungen zu bewältigen. Die Verwendung dielektrischer Kühlflüssigkeiten ist hierbei unabdingbar und ebenfalls Stand der Technik.

Herr Dr. Schulz, warum ist das Thema Ihres Vortrags besonders relevant für unsere Teilnehmer?

Der von mir vorgestellte Ansatz, das Isolationsmanagement neu zu überdenken, erhöht die Leistungsdichte von Halbleitern durch Verringerung des thermischen Widerstands. Traditionell wird eine Isolation zwischen dem Halbleiter und dem Kühlkörper verwendet, um die elektrische Sicherheit zu gewährleisten. Durch den Verzicht auf diese Isolation bei elektrisch aktiven Kühlkörpern wird der thermische Widerstand erheblich reduziert, was zu einer effizienteren Wärmeableitung führt. Dies ermöglicht eine bessere Ausnutzung der Halbleiter, da diese mit höheren Strömen und Spannungen betrieben werden können, was die Leistungsdichte erhöht.

Was sind die drei wichtigsten Aspekte Ihres Vortrags?

Die drei wichtigsten Aspekte meines Vortrags, um die Leistungsdichte von Halbleitern zu erhöhen: Die Grenzen der Leistungselektronik kennen. Denn die Leistungselektronik stößt an Grenzen, die durch die Aufbau- und Verbindungstechnik, nicht aber durch die Chips selbst verursacht werden. Ein zweiter wichtiger Punkt ist die thermische und elektrische Isolation. Eine elektrische Isolation wirkt sich auch als thermische Isolation aus. Neue Aufbaukonzepte können diesen Nachteil überwinden und eine effiziente Kühlung ermöglichen.

Schließlich geht es darum, die Leistungsdichte mit weniger Material zu erhöhen. Der von mir vorgestellte Ansatz ermöglicht eine deutliche Steigerung der Leistungsdichte für Hochleistungsanwendungen bei gleichzeitiger Materialeinsparung.

Knowhow und Networking-Event für Leistungselektronik- und Stromversorgungsexperten

Power of Electronics am 11. und 12. September 2024 in Würzburg

Das Elektronikevent für Entwickler und Ingenieure bündelt sechs Spezialkonferenzen, die sich angefangen von der effizienten Stromversorgung über die intelligente Nutzung von elektrischer Leistung, effektiver Elektronikkühlung, neuester Relaistechnik, bis hin zur geordneten Abführung der überschüssigen Energie erstrecken.
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Was lernen unsere Teilnehmer aus Ihrem Vortrag?

Klassische flüssigkeitsgekühlte Module steigern die Leistungsfähigkeit der Leistungselektronik, stoßen aber an physikalische Grenzen. Die Teilnehmer meines Vortrags erfahren, wo diese Grenzen liegen und erhalten Einblicke, wie neue Konzepte diese Grenzen in Zukunft weiter verschieben können. Im Fokus steht dabei, wie durch die Reduktion thermischer Widerstände und die Optimierung der Aufbau- und Verbindungstechnik höhere Leistungsdichten und eine effizientere Kühlung erreicht werden können. Damit werden Wege aufgezeigt, die Leistungsfähigkeit und Effizienz leistungselektronischer Systeme weiter zu steigern.

Die Cooling Days sind Teil des Fachkongresses Power of Electronics als Knowhow- und Networking-Event für alle Leistungselektronik- und Stromversorgungsexperten. (heh)

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