Wärmemanagement mit keramischer Kühllösung für Drive Inverter

Kühllösungen für die Leistungselektronik können E-Mobilität mithilfe umweltschonender, nachhaltiger und zugleich wirtschaftlicher Technologien ermöglichen. Die eingesetzten Werkstoffe müssen dabei hohe Anforderungen erfüllen. Hochleistungskeramik leistet hier einen entscheidenden Beitrag.

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Elektroautos sind auf dem Vormarsch. Angeführt von Pionieren wie Tesla und von der Bundesregierung gefördert, erreichten die Verkaufszahlen in Deutschland neue Höchststände. Immer mehr Menschen steigen auf E-Autos um, die leiser sind, keine direkten Emissionen verursachen und dabei helfen, die Feinstaubbelastung in Städten zu bekämpfen. Bei der Weiterentwicklung der Antriebsstränge stößt die Automobilindustrie jedoch auf einige Herausforderungen, allen voran knapper Bauraum, steigende Leistungsanforderungen und der Anspruch an die Reichweite.

Halbleiterchips erreichen dank neuer Materialien immer höhere Leistungsdichten, die jedoch mit erhöhter Wärmeerzeugung einhergehen. Das bedeutet, dass thermische Widerstände gesenkt werden müssen, um die Leistungssteigerung umzusetzen. Alternative, wegweisende Konzepte der Entwärmung sind gefordert. An Kühllösungen für die Leistungselektronik, besonders im Hinblick auf Elektrifizierung und E-Mobilität, arbeitet Ceramtec zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) in Erlangen. Ziel ist es, Mobilität mithilfe umweltschonender, nachhaltiger und zugleich wirtschaftlicher Technologien sicherzustellen. Dabei geht es in der E-Mobility um innovative Lösungen für verschiedene Arten von Antrieben, die Optimierung des Motors und neue Systeme zur Energieerzeugung, speicherung, -übertragung und -verteilung. Um diese komplexen Aufgaben zu bewältigen, müssen Werkstoffe hohe Anforderungen erfüllen.

Kühlkörper für leistungsstärkere Elektroautos

Genau das bietet die Hochleistungskeramik. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine hohe Festigkeit besitzt, gute tribologische Eigenschaften aufweist (Reibung und Verschleiß), elektrisch isoliert, gut thermisch leitet und temperaturwechselbeständig, chemisch resistent sowie korrosionsfest ist. Auch im Bereich des Wärmemanagements erfüllt Hochleistungskeramik als leistungsfähiger Kühlkörper das Anforderungsprofil. Keramische Kühlkörper können mittels der Chip-on-Heatsink-Technologie von Ceramtec Kühlkörper und Platine in einem sein. Der Körper wird direkt und beidseitig metallisiert, entweder mit Aluminiumoxid (Rubalit) oder dem hochwertigeren Aluminiumnitrid (Alunit), und hat eine Entwärmungsleistung von bis zu 1000 W/cm². Zudem kann das Produkt für nahezu jede Kühlleistung skaliert werden und ist designtechnisch bei Bedarf vielfältig anpassbar. Die Einsatzgebiete sind zahlreich: für die Entwärmung der Leistungselektronik, beispielsweise von Spannungswandlern, der Antriebssteuerung oder Ladeeinheit über das Thermomanagement von Hochleistungs-LEDs bis hin zu Photovoltaik-Anlagen.