Wärmemanagement für Elektronik, Leistungselektronik und IT

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Zukünftige Entwicklungen

Der beste natürlich vorkommende Wärmeleiter ist Diamant (2300 W/m-K = Wärmeleitfähigkeit). Kupfer liegt erheblich darunter (386). Entgegen den üblichen Regeln aus der Physik wurde an der University of Michigan (USA) herausgefunden, dass Bor-Arsenid (BA) die Wärmetransportleistung von Diamant fast erreicht (2000) aber erheblich billiger ist. BA gehört in die Gruppe der III-V-Halbleiter und ist damit auch besonders für photo-voltaische und photo-chemische Anwendungen geeignet.

Flüssiges Gallium oder auch GaInSn scheinen besonders gut geeignet zu sein als metallisches Wärmetransportmedium. Flüssiges Metall hat den Vorteil, dass mit einer lautlosen magnetischen Pumpe ohne mechanische Verschleißteile gearbeitet wird. Flüssigkeiten, insbesondere metallische, transportieren mit weniger Volumen deutlich mehr Wärmeenergie als Luft oder Wasser. Die Entwärmungsmethoden mit Flüssigkeiten sind allerdings erheblich teurer als mit Luft. Flüssige Metalle sind oft giftig oder chemisch aggressiv.

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Die Wärmeausbreitung kann magnetisch gesteuert werden. Es kann sogar ein Wärmefluss vom kalten Material zum warmen Material erzwungen werden. Elektronik aus Graphen-Material zeigt einen Selbstkühlungseffekt. Die Entwärmung von Graphen-Transistoren überwiegt die widerstandsinduzierte Erhitzung durch den Stromfluss.Ultraporöses Kupfer leitet die Wärme bis zu zehnmal besser als 'normales' Kupfer. Das poröse Material ist deutlich leichter als solides Kupfer.

Die heutigen, sehr schmalen Leiterbahnen, zum Teil im Nanometerbereich, in und zwischen den Chips sind eine signifikante Wärmequelle. Leitungen aus Graphen-Röhrchen oder Alternativen könnten für einen widerstandsärmeren und damit 'kühleren' Signaltransport sorgen. Nanodrähte aus III-V-Halbleitern können auch als Tunnel-FETs genutzt werden, die schneller schalten und weniger Strom benötigen.

Diese und viele andere mögliche Effekte zur Entwärmung müssen noch weiter erforscht und in Serienproduktion überführt werden. Auf den Cooling-Days erfahren Sie aus erster Hand welche schon konkret genutzt werden können. So sind Sie vorbereitet, wenn bei Ihnen entsprechender Bedarf besteht.

Empfehlung für die Praxis

Etwa 80 Prozent der Ausfälle in der Elektronik haben ihre Ursache in der thermischen Überlastung der Bauelemente. Mit einem optimierten thermischen Design lässt sich die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Systeme entscheidend verbessern.

Über die umfangreichen und teils komplexen Entwärmungs- und Kühlverfahren berichten hochkarätige Fachexperten praxisnah in verständlicher Weise auf den drei Cooling Days vom 22. bis 24. Oktober in Würzburg. Dabei liegt natürlich der Schwerpunkt auf den im Alltagsgeschehen nutzbaren Verfahren und deren ständiger Verbesserung.

Übrigens: ELEKTRONIKPRAXIS und www.elektronikpraxis.de berichtet im ganzen Jahresverlauf häufig über Entwärmungs- und Kühlungsthemen.

* Hermann Strass ist selbständiger Technologieberater, Normungsexperte und Fachjournalist mit langjähriger Erfahrung in der Industrie. Einer seiner Arbeitsschwerpunkte liegt im Bereich Embedded Computing.

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