Alutronic bietet Stiftkühlkörper an, die auch in Leistungsklassen mit einer Abwärme von über 500

Alutronic bietet Stiftkühlkörper an, die auch in Leistungsklassen mit einer Abwärme von über 500 W eingesetzt werden können.

Der Bauraum für die sichere Entwärmung von IGBTs, Endstufen, MOSFETs, Hochleistungs-LEDs und ähnlicher Leistungselektronik ist meist begrenzt. Auch das Gewicht, die Möglichkeiten bei der Montage und die Materialkosten des Kühlkörpers spielen eine Rolle.

In vielen Anwendungsfällen bieten Stiftkühlkörper wirtschaftlich, konstruktiv und thermisch klare Vorteile gegenüber Strangpressprofilen. Gerade für Leistungsmodule mit hoher Verlustleistung waren jedoch bislang als Standard keine Modelle in der erforderlichen Größe erhältlich. Nun bietet das Unternehmen Alutronic Stiftkühlkörper in 50 verschiedenen Standardausführungen, die unter anderem in den Leistungsklassen mit einer Abwärme von über 500 W eingesetzt werden können. Hinsichtlich Bearbeitung, Oberflächenveredelung, Befestigung und Zubehör können kundenspezifische Anpassungen vorgenommen werden – auch für kleine und mittlere Serien.

Wärmeleitung von bis zu 236 W/mk

Das angewandte Fließpressverfahren und die resultierende hohe Materialdichte der Stiftkühlkörper in nahezu reiner Aluminiumlegierung (Al 99,5) sorgen für eine Wärmeleitung von bis zu 236 W/mK. Gleichzeitig ermöglicht es eine optimale Wärmeverteilung, da das Material von der Basis bis in die Stiftenden in Wärmefluss- und Materialflussrichtung dieselbe Struktur aufweist.

Für den optimalen Wärmeeintrag in die Basisfläche sorgt die standardmäßige Ebenheit der Montagefläche von weniger als 0,1 Millimeter. Erhältlich als Round- oder Square-Cut, sind die 50 neuen Stiftkühlkörper hinsichtlich ihrer Abmessungen, aber auch was die Stiftdichte betrifft, größer als bisher von deutschen Herstellern erhältlich. Durch neue Werkzeugtechnik sind die Stiftkühlkörper mit einer Montagefläche von bis zu 160 x 260 Millimeter und einer Gesamthöhe von 40 Millimeter aus einem Stück herstellbar.

Schnelle Wärmespreizung auf kleinem Raum

Bei dem bislang größten Standard-Stiftkühlkörpern von Alutronic finden auf einer Fläche von 120 x 200 Millimeter 1215 Stifte mit einem Durchmesser von 3,2 Millimeter und einer Stifthöhe von 30 Millimeter Platz. Die Bodenstärke beträgt in dieser Dimension 10 Millimeter.

Alutronic Stiftkühlkörper Schnittbild

Bei einer hohen Verlustleistung und knappen Bauraum sind Stiftkühlkörper eine Alternative mit vielen Vorteilen: Gegenüber stranggepressten Kühlkörpern bieten die neuen Stiftkühlkörper unter anderem eine schnellere Wärmespreizung an der Kontaktfläche.

Zur Veranschaulichung: Das sind neun Stifte auf 12 x 12 Millimeter, wobei der Abstand zwischen den Stiften 1,2 Millimeter beträgt. Bei einer Umgebungstemperatur von 25 Grad Celsius und einer Temperatur der Sperrschicht von 80 Grad Celsius wäre ein solcher Stiftkühlkörper bei natürlicher Konvektion für maximal 60 W Abwärme oder 0,91 K/W geeignet. Der Vorteil gegenüber stranggepressten Kühlkörpern ist in diesem Fall die schnelle Wärmespreizung an der Kontaktfläche. Einen herausragenden Vorteil bieten die Stiftkühlkörper allerdings in Verbindung mit forcierter Konvektion.

Zwei Varianten der Belüftung

Dafür kommen zwei Varianten in Frage: Die Belüftung quer zu den Stiften und die Belüftung mittels einer Lüftung von oben, also mit der Stiftrichtung. Simulationen über alle Stiftkühlkörper im Standardangebot der Firma Alutronic haben ergeben, dass die abführbare thermische Energie bei in Stiftrichtung montiertem Lüfter im Vergleich zu natürlicher Konvektion das Fünf- bis Neunfache beträgt.

Wenn quer belüftet wird, verbessert sich die Wärmeleitung im Vergleich zur Belüftung in Stiftrichtung noch um weitere 20 bis 40 Prozent. Bei einem Luftdurchsatz von 2 m/s quer zur Stiftrichtung können bei dem größten Standardmodell mit 1215 Pins 550 W abgeführt werden. Das Gewicht des Kühlkörpers liegt in diesem Fall bei 1,6 Kilogramm. Eine Entwärmungslösung auf Basis eines stranggepressten Profils wäre mehr als fünfmal so groß und unter 15 Kilogramm Kühlkörpergewicht kaum machbar. Mit den Powerblocs lässt sich also erheblich viel Platz und Gewicht sparen.

Das Fazit: Eine Lüftung von oben ist zwar weniger effizient ist als von der Seite, aber mechanisch einfacher, da nicht erst ein Windkanal geschaffen werden muss. Bei größeren Abmessungen, die von der Seite belüftet werden sollen, ermöglicht ein Trichter für die Luft eine turbulentere Durchströmung und damit eine bessere Wärmeübergabe. Hierbei ist allerdings zu beachten, dass der Lüfter einen relativ hohen Druck aufbauen muss, um den Luftdurchsatz zu gewährleisten. Dieser ist nötig, um die thermische Energie durch den relativ geringen Querschnitt abzutragen.

Zubehör und individuelle Beratung

Zusätzlich zum Standardlieferprogramm gibt eine mechanische Fräs- und Bohrbearbeitung sowie eine Anpassung der Bodenstärke und der Stiftzahl. Die Oberfläche kann in Aluminium blank ausgeführt, naturfarben, schwarz oder dekorativ in Blau eloxiert, chromatiert, verzinnt oder vernickelt werden. Die Eloxalbeschichtung bietet den Bauteilen Oberflächenschutz,verbessert die Wärmeabstrahlung und gewährleistet eine elektrische Isolierung.

Alutronic Stiftkühlkörper Portfolio

Alutronic bietet seine neuen Stiftkühlkörper in 50 Standardausführungen an. Dank einer nahezu reinen Aluminiumlegierung sorgen sie für eine Wärmeleitung von bis zu 236 W/mK.

Als Zubehör sind vormontierte oder beigestellte Lüfter, Isolierung und Wärmeleitung mit anwendungsspezifischen Zeichnungsteilen in allen gewünschten Formen und Abmessungen sowie detaillierte Leistungsdaten erhältlich. Zur Befestigung wird bei Versionen kleiner als 50 x 50 Millimeter optional ein- und beidseitig wärmeleitende Silikon-Klebefolie vormontiert oder zur eigenen Konfektion mitgeliefert. Alternativ kann der Kühlkörper auch standardmäßig an das Bauteil geklammert werden. Darüber hinaus sind für Versionen größer als 50 x 50 Millimeter auch Durchgangsbohrungen zur Schraubmontage oder Clipnuten erhältlich.

Thermografische Computersimulationen

Neben der Beratung zum Design, zur optimalen Oberflächenbeschichtung und der einfachen Montage bietet das Unternehmen auch thermografische Computersimulationen an, um kundenspezifische Stiftkühlkörper in kürzester Zeit zu realisieren.

Technisch entscheidend sind dabei die Maximalwerte für Verlustleistung, Sperrschicht- und Außentemperatur; mechanische Vorgaben hinsichtlich Maximalmaßen, Bauteilorientierung und Befestigung. Darüber hinaus muss geklärt werden, welche Stückzahlen geplant sind, um festzustellen, ob es sich beispielsweise lohnt in ein Sonderwerkzeug zu investieren.

www.alutronic.de