Entwärmungskonzepte für die Leiterkarte

Verlustleistung gezielt abführen

24. Februar 2022, 10:00 Uhr | Jürgen Harpain, Fischer Elektronik
Steigende Leistungsdichten bei gleihem oder gar kleinerem Packmaß führen zu steigender Verlustleistungsdiche. Effiziente Entwärumungskonzepte für Leiterkarte sind überaus wichtig.
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Steigende Leistungsdichten bei gleichem oder gar kleinerem Packmaß führen dazu, dass auch die Verlustleistungsdichte steigt und die elektronischen Bauteile heißer werden. Effiziente Entwärmungskonzepte für die Leiterkarte sind daher überaus wichtig.

Kompakte Leiterkartendesigns mit wachsenden Leistungs- und Packungsdichten finden sich nicht nur bei der Unterhaltungselektronik, sondern sind ein stetig voranschreitender Trend bei quasi allen Arten von elektronischen Systemen bzw. Geräten. Je nach eingesetzter Bauteilgröße und abzuführender Verlustleistung erfordern elektronische Bauteile ein angepasstes Temperaturmanagement. Höhere Verlustleistungen bei den elektronischen Bauteilen stressen das Gerät, was unmittelbar in der jeweiligen Applikation dazu führen kann, dass die Lebensdauer der Bauteile sinkt oder diese gar ausfallen können.

Ein Entwärmungskonzept, das den Temperaturhaushalt kontrolliert und regelt, muss bereits in der Konzeptphase des Leiterkartendesigns betrachtet und berücksichtigt werden, denn auch dieses benötigt Platz. Wärmetechnisch optimal ausgelegte Entwärmungslösungen mit vielfältigen Features, auch zur Befestigung der Bauteile bzw. der gesamten Einheit auf der Leiterkarte, sind auf dem Markt gefragt und gefordert. Speziell entwickelte Entwärmungskonzepte für die Leiterkarte stehen dem Anwender zur Auswahl. Zuverlässige und kostengünstige Ausführungen in Form von kleinsten Kühlkörperlösungen im Miniaturformat als stranggepresstes Aluminiumprofil bis hin zu sogenannten Board-Level-Kühlkörpern als Blechbiegeteil aus Aluminium oder Kupfer werden seitens der Kühlkörperhersteller angeboten. Unterschiedliche Varianten und Geometrien sind speziell für die gängigsten Transistorbauformen, wie z. B. TO-220, TO-218, TO-247, TO-248, SIP-Multiwatt, DPAK, LFPAK und etliche mehr, verwendbar.

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Blechbiegeteile aus Aluminium oder Kupfer

Die vorher genannten Board-Level-Kühlkörper werden in der deutschen Beschreibung auch als Fingerkühlkörper bezeichnet, wobei die Namensgebung aus der Geometrie bzw. dem Aussehen resultiert. Fingerkühlkörper sind im Besonderen auf die unterschiedlichen Bestückungsarten, wie die Durchsteck- oder der Oberflächenmontage (SMT), ausgerichtet und angepasst. Das Hauptelement eines Fingerkühlkörpers bildet eine Grundplatte, die gleichfalls als Halbleitermontagefläche dient und von der einzelne Kühlfahnen in gerader oder gewinkelter Form abstehen.

Aufsteckkühlkörper beinhalten zur Bauteilmontage eine integrierte Federklammer
Bild 1: Aufsteckkühlkörper beinhalten zur Bauteilmontage eine integrierte Federklammer.
© Fischer Elektronik

Als Untergruppe der Fingerkühlkörper stehen die sogenannten Aufsteckkühlkörper aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften sehr häufig im Rampenlicht. Aufsteckkühlkörper beinhalten zur Bauteilmontage eine integrierte Federklammer (Bild 1). Dadurch lassen sich Halbleiter durch einfaches Aufstecken oder Aufschieben sicher und schnell fixieren, wobei der abgestimmten Anpressdruck den Transistor mit dem Kühlkörper wärmetechnisch bestmöglich verbindet. Integrierte Lötstifte am Kühlkörper sorgen dafür, dass sich dieser oder die gesamte Einheit aus Kühlkörper und Transistor auf der Leiterkarte fixieren lassen. Da die Lötstifte verschiedenartig angeordnet werden können, sind unterschiedliche Einbaulagen (horizontal/vertikal) auf der Leiterkarte möglich, wodurch die Aufsteckkühlkörper mit ihrer Geometrie und Einbaulage jeweils die freie Konvektion unterstützen.

Über Board-Level-Kühlkörper auf der Leiterkarte lassen sich elektronische Bauelemente ebenfalls effizient entwärmen. Sie werden mittels komplexer Stanz-Biegewerkzeuge hergestellt, wobei Bandmaterialien aus Aluminium oder Kupfer zum Einsatz kommen. Kompakte Board-Level-Kühlkörper bieten eine größtmögliche Oberfläche pro Volumen und gleichzeitig niedrige Stückkosten, sofern der Maschinenpark schnelle Stanzvorgänge ermöglicht.

Die Produktgruppe der Board-Level-Kühlkörper beinhaltet darüber hinaus kleinste Aluminiumkühlkörper, die im Strangpressverfahren hergestellt werden. Diese im Miniaturformat umgesetzten Extrusionskühlkörper liefern ein optimales Verhältnis von spezifischer Wärmeleitfähigkeit des Materials, Gewicht, Preis und mechanischer Festigkeit, in Relation zum Wärmeableitvermögen.


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  2. SMD-Kühlkörper

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