Coole Leistung
Vor gut einem Monat, Anfang Mai, hat das Plochinger Unternehmen CeramTec ein neues keramisches Leistungshalbleitermodul für die Antriebswechselrichter in der E-Mobilität vorgestellt. Zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) in Erlangen wurden nun die Testergebnisse bekanntgegeben.
Anforderung an das Bauteil
Antriebsumrichter in Elektro-Autos sollen nicht nur aus hochtemperaturfesten Teilen, platzsparend und leicht sein, sondern auch hoher Temperaturbelastung trotzen, damit ein optimaler Wirkungsgrad und eine maximale elektrische Leistung erreicht werden können. Deshalb ist eine gute konstante Kühlung der Leistungselektronik im Antriebsstrang enorm wichtig. CermTec und das IISB haben eine neuartige Kühllösung für die Leistungselektronik im E-Motoren-Antriebsstrang entwickelt. Im Vordergrund stand dabei, ein Moduldesign zu entwickeln, dass Halbleiterchips auf Basis von Siliziumkarbid (SiC) möglichst über die gesamte Chipfläche effizient kühlt.
Vorteile von Hochleistungskeramiken
Hochleistungskeramiken sind dafür deshalb gut geeignet, weil sie temperaturwechselbeständig, chemisch resistent, elektrisch isolierend sowie korrosions- und verschleißfest sind. CeramTec setzt hierfür keramische Kühlkörper mit beidseitig aufgebrachter Metallisierung ein, die es ermöglichen, die Halbleiterchips direkt auf den Kühlkörper aufzubringen (Chip-on-Heatsink). So können beide Seiten als Schaltungsträger genutzt und gleichzeitig gekühlt werden. Die innere Kühlstruktur kann an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
Ergebnisse
Gegenüber herkömmlich aufgebauten Kühlsystemen betrage der thermische Widerstand der Chip-on-Heatsink-Kühlkörper nur die Hälfte des Wertes, heißt es von Herstellerseite. Diesen Aufbau wendet CeramTec auch beim neuen SiC-Leistungsmodul mit integriertem Keramik-Kühler an. Der Kühler setzt sich aus einem flüssigkeitsdurchströmten Aluminiumnitrit-Kühler mit beidseitiger Kupfermetallisierung und optimierter-Pin-Fin-Struktur zusammen. Der zehn Gramm leichte Kühlkörper misst gerademal 48 x 36 Millimeter und ist inklusive Metallisierung 3,6 Millimeter dick. Den Testmessungen zufolge liegt der thermische Widerstand des Leistungsmoduls mit Pin-Fin-Keramik-Kühler im Auslegungspunkt 0,15 K*cm2/W vom Chip bis ins Kühlwasser. Die Scherfestigkeiten lägen bei ca. 40 MPa.
Bild: © CeramTec