Kühlkörper für Hochleistungs-LEDs Keramik vereinfacht das thermische Management

Thermischer Gesamtwiderstand Rtt

Der thermische Gesamtwiderstand Rtt

Der thermische Widerstand von LEDs (Die bis Heat Slug) und Kühlkörpern wird vom Hersteller bekannt gegeben. Leider wird bei der Betrachtung oft der erhebliche Einfluss von Gruppe 3, den Schichten, vernachlässigt. Addiert man alle thermischen Widerstände vom LED Heatslug bis zur Umgebung, so entsteht der thermische Gesamtwiderstand Rtt. Dieser Kennwert erlaubt den korrekten Vergleich von Thermomanagementlösungen hinsichtlich einer ersten Effizienz-Einschätzung.

Keramik: Zwei in Einem

Es ist marktüblich den Kühlkörper zu optimieren. Und es sind Hunderte verschiedener Designs dafür verfügbar, meist aus Aluminium. Aber für eine nennenswerte Performance-Erhöhung muss Gruppe 3 verbessert werden oder gar ganz entfallen. Die elektrische Isolation muss durch den Kühlkörper selbst erfolgen und zwar durch die Nutzung anderer Materialien. Das Fazit heißt Keramik.

Keramik, z.B. Rubalit (Al2O3) oder Alunit (AlN), vereint zwei entscheidende Eigenschaften: Gute elektrische Isolation und Wärmeleitfähigkeit. Rubalit hat eine geringere, Alunit eine in etwa vergleichbare Wärmeleitfähigkeit wie Aluminium. Andererseits ist Rubalit günstiger als Alunit. Ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient ist dem von Halbleitern angepasst, sie sind formfest, korrosionsbeständig und ROHS-konform. Völlig inert ist es die letzte Komponente eines Systems, die "den Geist" aufgibt.

Die vereinfachte Bauweise (ohne Kleber, Isolationsschichten etc.) in Kombination mit einer direkten und dauerhaften Verbindung von High-Power-LED und CeramCool schafft optimierte Betriebsbedingungen für den gesamten Aufbau. Vereinfacht ausgedrückt: Was nicht da ist, kann nicht altern; und Materialien, die sich in gleichem Maß ausdehnen, lösen sich nicht voneinander. Ergebnisse sind sehr gute Langzeitstabilität, sicheres thermisches Management und außergewöhnlich hohe Zuverlässigkeit. Ein Patent wurde angemeldet und das Konzept auf den Namen CeramCool getauft.

Die Theorie

Der keramische Kühlkörper CeramCool ist laut Hersteller eine effektive Kombination von Platine und keramischem Kühlkörper zur sicheren Entwärmung thermisch sensibler Komponenten und Schaltungen. Er ermöglicht die direkte und dauerhafte Verbindung der Komponenten. Zudem ist Keramik per se elektrisch isolierend und kann durch Metallisierungspads Bondflächen anbieten. Sie erlaubt das Bedrucken mit individuellen Leiterbahnenlayouts, bei Bedarf auch dreidimensional. Für Anwendungen der Hochleistungselektronik und hohe Stromstärken ist DCB (direct copper bonding) möglich. Der Kühlkörper wird zum Baugruppenträger und kann wie eine herkömmliche Platine dicht mit LEDs oder anderen Komponenten bestückt werden. Das System leitet Wärme ohne thermische Barrieren direkt ab.