Optimiertes Wärme-Management für IGBT-Module und PressPack-Leistungshalbleiter

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Kühlkörperprofile für höheren Wirkungsgrad

Die Strömungstechnik und Druckfestigkeit von Werkzeugen bei modernen Aluminium-Extrusionen werden ständig verbessert, sodass auch die Grenzen der Machbarkeit von Extrusionsprofilen weiter hinausgeschoben werden. AMS Technologies und Webra haben neue Kühlkörperprofile entwickelt, die 5 bis 10% Reduktion von thermischem Widerstand und/oder reduzierten Druckverlust bieten. Performance-Verbesserungen sind abhängig von der Länge des Kühlprofils, Anzahl und Größe der Komponenten und den eingesetzten Lüftern. Das jüngste Webra Profil mit der Bezeichnung W-209-60-15-41 ist eine Weiterentwicklung des etablierten Industrie-Standards W-209-60-15-22. Seine Performance-Kurven zeigt das Diagramm 3.

Andere neue Profile in Breiten von 110 mm, 220 mm und 380 mm zeichnen sich durch relativ kurze Rippen und eine hohe Rippendichte aus. Diese Konstruktionen ermöglichen eine besonders effiziente Wärmeübertragung in nächster Nähe zu den Wärmequellen, da so die Verluste durch Wärmespreizung und Wärmeleitung in die Rippenspitzen hinein reduziert werden. Diese Kühler werden idealerweise mit leistungsfähigen Lüftern kombiniert. Webras Extrusions-Kühlprofile aus einem Stück werden in einem patentierten Verfahren hergestellt, bei dem ein halbkreisförmiges Profil extrudiert und dieses anschließend in einer Vorrichtung geradegezogen wird. Der unverminderte Wärmestrom und die großen Oberflächen bieten dadurch eine unvergleichliche Performance.

Wasserkühlplatten sind eine weitere Kühlmethode

Im Gegensatz zu Luftkühlern werden Wasserkühlplatten oftmals maßgeschneidert. Denn verständlicherweise könnten ihre Wasserkanäle aufgrund der unterschiedlichen Bohrbilder und Komponentenanordnungen zerstört werden. Es gibt jedoch weitere und wichtige Gründe, die Wasserkühlplatten kundenspezifisch auszulegen. So spielen spezielle Performance-Anforderungen wie Temperaturgleichheit innerhalb und/oder untereinander der Komponenten, die Lage der Wasseranschlüsse und die Randbedingungen des dahinterstehenden Rückkühlkreislaufes (verfügbare Förderhöhe und Fördermengemenge der Pumpe, thermische Performance des Wärmetauschers) eine wichtige Rolle.

Neue Designs von Webra-Aluminium-Wasserkühlern umfassen Lösungen für die IGBT-Module 140x190, 130x140, Infineon PrimePACK2 und PrimePACK3, EconoDual3, Semikron SKiiP3 und 4, SKiM63 and 93, Semipack2, Fuji Electric High Power 6-Pack, Mitsubishi/Powerex Mega Power Dual IGBT und andere. Diagramm 4 zeigt beispielsweise einen Wasserkühler für 140x190-Module.

Besondere Universal-Designs, die das Verwenden von zwei oder mehreren unterschiedlichen Bohrbildern ermöglichen, sind ebenfalls erhältlich. Das thermo- und fluiddynamische Verhalten kann für kundenspezifische Konfigurationen von IGBT-Modulen angepasst werden. Webra-Aluminium-Wasserkühler nutzen moderne Extrusionen und sichere Versiegelung mit Rührreibschweißen.

Wasserkühler für PressPack-Scheiben

Für PressPack-Leistungshalbleiter ist eine gleichförmige Druckverteilung unerlässlich, da Ungleichförmigkeit die Lebensdauer verkürzt oder gar zum Ausfall führt. Die neuen und einzigartigen rührreibgeschweißten Aluminium-Wasserkühler von Webra haben eine steife Konstruktion, praktisch vollkommen ebene Oberflächen für idealen Kontakt, gleichförmige Druckverteilung und ausgezeichnete Performance. Die PressPack-Kühler sind geeignet für 4“-, 5“- und 6“-Scheiben. Diagramm 5 zeigt beispielsweise einen Wasserkühler für Durchmesser 125 mm Auflagefläche. Verschiedene Optionen für die Zentrierung der Scheiben und für Werkzeuge zum Austausch der Scheiben sind erhältlich.

*Dr. Konrad Laufs ist European Manager ThermoTech Division bei AMS Technologies AG, Martinsried.

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