IMS statt PCB
Optimale Entwärmung von GaN-Bauelementen auf Systemebene
Gerade bei hohen Strömen und Leistungen muss besonderes Augenmerk auf die thermische Optimierung eines Systems gelegt werden. Auch bei GaN-Transistoren für Leistungsanwendungen ist eine gut funktionierende Entwärmung entscheidend für die Leistungsfähigkeit des Systems.
Leistungselektronische Anwendungen profitieren davon, dass GaN-Transistoren für hohe Schaltfrequenzen geeignet sind und sich durch ihre Verwendung die Leistungsdichte des Systems deutlich anheben lässt. In Systemen mit hoher Leistung und hoher Leistungsdichte sind thermische Aspekte von großer Bedeutung für die Leistungsfähigkeit des Systems insgesamt.
GaN Systems hat von der Unterseite gekühlte GaN-E-HEMT-Bausteine im Angebot, die sich durch geringe Induktivität und einen niedrigen Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Gehäuse auszeichnen. Doch trotz des sehr geringen thermischen Gehäusewiderstands sind für die Entwärmung des Bausteins im Systemzusammenhang sorgfältige Überlegungen anzustellen.
Ein gängiges Verfahren besteht darin, die von der Unterseite gekühlten Bauelemente auf eine Leiterplatte zu löten, jedoch ist die Verwendung einer Leiterplatte bei sehr hohen Leistungen nicht immer praktikabel. Für die Leistungselektronik werden neben kostengünstigen Leiterplatten (Printed Circuit Board, PCB) auch andere Substrate angeboten, die eine thermische Verbindung zwischen dem elektrischen System und dem Kühlsystem herstellen und dabei helfen können, diese zu optimieren. Beispielsweise kommen hier isolierte Metallsubstrate (Insulated Metal Substrate, IMS) in Frage oder auch Direct Bonded Copper (DBC) auf Aluminiumnitrid oder anderen Keramikwerkstoffen.
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Die Bilder des Artikels im Überblick
- Optimale Entwärmung von GaN-Bauelementen auf Systemebene
- Eigenschaften der Substrate
- Vorbereitung der thermischen Analyse
- Statische thermische Analyse
- Instationäre thermische Analyse
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