Wärme-/Kühl-Management Kühlmittel für Flüssigkeits-Kühlsysteme

Vereinfachte Darstellung eines Rückkühlsystems mit Wärmetauscher und Flüssigkeitskühler.
Vereinfachte Darstellung eines Rückkühlsystems mit Wärmetauscher und Flüssigkeitskühler.

Der erste Schritt beim Design eines Flüssigkeitskühlers ist die Auswahl der Werkstoffe. Diese sind im Wesentlichen abhängig von der Art und den Eigenschaften des verwendeten Kühlmittels.

Die Anforderungen von Entwicklern und Konstrukteuren an ein leistungsfähiges Wärmemanagement steigen ständig. Einige Eckpunkte sind u.a. immer kleinere, kompaktere Bauformen der Halbleiter, immer größer werdende Wärmestromdichten und noch effizientere Kühlsysteme. Da man mit Luftkühlung bald an die physikalischen Grenzen stößt, bietet sich die Flüssigkeitskühlung als effektive und wirtschaftliche Alternative an. Im ersten Teil dieser technischen Anleitung für Leistungskühlung stehen deshalb die grundsätzlichen Überlegungen zur Flüssigkeitskühlung im Mittelpunkt.

Überschreitet die Sperrschichttemperatur des Halbleiters die zulässigen Parameter, wird dieser innerhalb kürzester Zeit zerstört. Je niedriger die Chip-Temperatur, desto länger die Lebensdauer des Halbleiters und des damit verwendeten Gerätes. Um diesen Effekt zu erreichen, muss die durch die Verlustleistung erzeugte Wärme zielgerichtet in ein anderes Medium abgeleitet werden. Bei der Flüssigkeitskühlung nimmt die Verlustenergie des Halbleiters den kurzen Weg über das Metall eines Kühlkörpers (vorwiegend Aluminium) in den Kühlkanal und wird dort von der durchströmenden Kühlflüssigkeit aufgenommen.

Die in der Kühlflüssigkeit gespeicherte Energie wird dann über eine Leitungsinfrastruktur in ein sogenanntes Rückkühlsystem (Bild 1) geleitet, wo die Flüssigkeit durch geeignete Kühlkomponenten wieder an ein anderes Medium (Außenluft oder Kühlflüssigkeit) abgegeben wird.