AT&S AG Partner für innovative Wärmemanagement-Projekte gesucht

Heatpipes verbessern die Wärmeabfuhr deutlich

Wegen ihrer überragenden Wärmeübertragungsfähigkeit bei relativ geringer Masse können Heatpipes die Wärme sehr wirksam durch die Leiterplatten leiten. Moderne Heatpipes sind so klein, dass sie in Leiterplatten integriert werden können. Für neue Projekte sucht AT&S dabei noch interessierte Partner.

AT&S nutzt das firmeneigene Know-how im Einbetten von Komponenten und in der 2.5D-Technologie, um Mini-Heatpipes mit Leiterplatten zu verbinden. Der Einsatz von Heatpipes direkt in der Leiterplatte erlaubt neue Gestaltungsmöglichkeiten wie eine externe Kühlung sowie Wärmeableitung und -ausbreitung. So bietet beispielsweise die Wärmeableitung die Möglichkeit, temperaturempfindliche Komponenten wie Sensoren und MEMS in unmittelbarer Nähe wärmeerzeugender Bauelemente wie Transistoren zu verwenden. Außerdem ermöglichen die besseren Kühleigenschaften von Leiterplatten mit eingebetteten Heatpipes (HP-PCBs), dass Bauelemente bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden können, wodurch sich bei den meisten elektronischen Anwendungen die Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer erhöht und Energie eingespart wird.

Die eingebettete oder eingesetzte Heatpipe ist ein passives Bauteil, das in der Lage ist, Wärme in der Leiterplatte über größere Strecken abzuführen, und zwar wirkungsvoller als herkömmliche Wärmeleiter (z. B. Kupfer). Ihr Mechanismus zur Wärmeableitung basiert auf einen Phasenübergang (d. h. vom flüssigen in den gasförmigen Zustand) und dem Transport von Masse. Die Heatpipe ist eine röhrenförmige Konstruktion, die an beiden Enden dicht verschlossen ist und eine Flüssigkeit enthält, in der ein sehr geringer Druck herrscht. Normalerweise besteht das Rohr aus Kupfer, und als Flüssigkeit wird Wasser verwendet.

Wenn das eine Ende des Rohrs erwärmt wird, geht das Wasser von der flüssigen in die gasförmige Phase über (oder einfacher ausgedrückt: es verdampft). Durch den damit verbundenen Druckanstieg strömt der Wasserdampf zum kalten Ende des Rohrs. Dort gibt der Wasserdampf Energie ab und wird wieder flüssig. Durch Kapillarkräfte wird das flüssige Wasser zurück zum erwärmten Ende des Rohrs transportiert. Dieser dynamische Prozess wiederholt sich kontinuierlich und führt zu einer Wärmeabfuhr, die hundert bis mehrere tausend Mal so hoch ist wie bei einem Kupferstück mit entsprechenden Maßen. Da die Heatpipe hohl ist, bietet sie den zusätzlichen Vorteil, dass sie wesentlich leichter ist als Kupferstäbe.

Mini-Heatpipes mit der Leiterplatte verbinden

AT&S hat vor kurzem ein innovatives Konzept vorgestellt, in dem gebrauchsfertige Mini-Heatpipes mit dem Leiterplattenkörper verbunden werden, so dass ein komplettes Wärmemanagementmodul entsteht. Es wurden mehrere Leiterplatten-Vorführmuster mit eingebetteten und eingesetzten Heatpipes hergestellt. Um die miniaturisierten Heatpipes mit der Leiterplatte zu verbinden, wurden verschiedene Methoden angewandt.

Bei allen Versuchen trug das HP-PCB-Konzept dazu bei, das Gesamttemperaturverhalten des Systems im Vergleich zu derzeit gebräuchlichen Methoden zu verbessern. Diese Technik gilt als Wärmemanagementkonzept für praktisch alle Anwendungsfälle in der Elektronik, in denen eine bessere Wärmeausbreitung oder -ableitung erforderlich ist. Mögliche Anwendungsbereiche finden sich insbesondere dort, wo Einschränkungen hinsichtlich Masse und Platzbedarf vorhanden sind. Beispiele hierfür gibt es in der Luftfahrt, im Automobilbau und in modernen Serveranwendungen.

Die Forschungs- und Entwicklungsabteilung von AT&S sucht noch Partner, die besondere Anforderungen an das Wärmemanagement zukünftiger Produkte stellen und bereit sind, die HP-PCB-Technik als Erstanwender zu erproben. Nach den Vorstellungen des Unternehmens müssen moderne Leiterplatten einen erweiterten Funktionsumfang wie ein verbessertes Wärmemanagement, eingebettete Komponenten, high frequency und hybride Materialien als festen Bestandteil des Lösungskonzepts für technologische Herausforderungen zukünftiger Anwendungen bieten.