Hybride Kühlkörper Mit der Cold-Spray-Technik sind neuartige Materialkombinationen möglich

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Der Einsatz der Cold-Spray-Technik zur Herstellung von hybriden Kühlkörpern und Sammelschienen stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Leistungselektronik dar. Auf den Cooling Days 2025 beleuchtet Michael Dasch von Impact Innovations, wie diese Technik den Anforderungen der modernen Elektronikentwicklung gerecht wird.

Mit der Cold-Spray-Technik ist es möglich, Kupfer für die Produktion von Kühlkörpern und Sammelschienen gezielt aufzutragen. Dazu wird Kupferpulver in festem Zustand unterhalb des Schmelzpunktes aufgesprüht. Diese Methode vermeidet hohe Temperaturen, Oxidation, thermische Spannungen und Phasenumwandlungen, was zu einer schnellen und flexiblen Materialauftragung führt. Besonders hervorzuheben ist die Tatsache, dass die durch den Cold-Spray-Prozess hergestellten Kupferschichten nahezu dieselben elektrischen und thermischen Eigenschaften wie das Bulkmaterial aufweisen, mit beeindruckenden 98 % IACS-Elektrokontinuität und einer Wärmeleitfähigkeit von 368 W/mK. Zudem war es möglich, gasdichte Kupferablagerungen mit einer Heliumleckagerate von weniger als 1×10⁻⁷ mbar·l/s zu erzielen.

Vorteile gegenüber traditionellen Verfahren

Auf die Frage nach den Vorteilen gegenüber traditionellen Verfahren wie Schmelz- und Sinterprozessen erklärte Michael Dasch: „Durch den Cold-Spray-Prozess können verschiedene Materialien verbunden werden. Zum Beispiel Aluminium mit reinem Kupfer. Dadurch kann das Kupfer nur an den nötigen Stellen aufgetragen werden und das restliche Produkt ist komplett aus Aluminium. Das spart Gewicht und Kosten.“

Ein weiterer Vorteil gegenüber den Schmelzprozessen ist: „Im Gegensatz zu Schmelzprozessen bleiben die Eigenschaften der Ausgangsmaterialien größtenteils erhalten, da keine Verunreinigung oder Oxidierung stattfindet, sondern der ganze Prozess nur durch Partikelverformung stattfindet.“ Zusätzlich bietet das Cold-Spray-Verfahren den Vorteil, dass es das Galvanisieren teilweise ersetzen kann, wodurch umweltschädlicher Abfall vermieden wird.

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Für zukunftsweisende Anwendungen

Dasch betont auch, warum Cold Spray in der Elektronik so relevant ist: „Das Cold-Spray-Verfahren ist mit den meisten Metallen höchsteffizient. Bei Kupfer wird eine Effizienz von über 99 % erreicht. Dadurch werden enorme Kosten gespart. Durch die Kaltverformung bleibt die Leitfähigkeit des Materials größtenteils erhalten.“

In seinem Vortrag unterstrich Dasch die „neuartige Kombination von Materialien für Kühler“ sowie die „Verringerung von thermischen Widerstandsketten“ als zentrale Punkte. Diese Aspekte machen die Cold-Spray-Technik zu einer wegweisenden Methode in der Elektronik. Die wirtschaftlichen Vorteile sind ebenso beträchtlich: Der Cold-Spray-Prozess für Inverter-Kühler ist „bereits weltweit in Massenfertigung, insgesamt können ab 2025/2026 über drei Millionen Aluminiumkühler mit Kupferbeschichtung (1 pro Fahrzeug) vom Band laufen.“ Dies bedeutet, dass Cold Spray nicht nur umweltfreundlicher, sondern auch kosteneffizienter ist, da es Herstellern ermöglicht, auf günstigere Rohstoffe zu setzen.

Eine neuartige Materialkombination

Die Teilnehmer des Vortrags können einige entscheidende Einblicke gewinnen. Wie Dasch erklärt: „Die Schlüsselerkenntnis sind neuartige Materialkombinationen. Jeder Kühler kann so hinsichtlich Kosten und Gewicht neu gedacht werden.“ Dies zeigt, dass die Cold-Spray-Technologie nicht nur eine vielversprechende Zukunft hat, sondern bereits gegenwärtig bedeutende Vorteile und Einsparpotenziale bietet.

Die Cooling Days 2025 sind Teil der Entwickler-Veranstaltung Power of Electronics vom 29. bis 30. Oktober in Würzburg. (heh)

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