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Hochleistungskühlkörper aus hochdichten Aluminiumdruckgusslegierungen

Hochleistungskühlkörper aus hochdichten Aluminiumdruckgusslegierungen

Thema des Monats

Kühllösungen wie Kühlkörper, Elektronikgehäuse, hochdichte Flüssigkeitskühlplatten und ähnliches müssen über bestimmte Eigenschaften verfügen, um Wärme effektiv ableiten zu können. Dazu zählen eine hohe thermische Leitfähigkeit, niedrige Porosität, Leckdichtigkeit und die Fähigkeit zur Ausprägung dünner Wände und hoher Rippen.

Das CTX-Partner-Unternehmen Aavid Thermalloy entwickelte zusammen mit universitären Partnern den High Density Die Casting (HDDC)-Prozess. Die Technologie erlaubt die Fertigung endkonturnaher Teile mit besseren mechanischen und thermischen Eigenschaften als herkömmliche Druckgusselemente.

Das Verfahren eignet sich speziell für die Herstellung von Hochleistungskühlkörpern und Flüssigkeitskühlplatten aus Aluminiumlegierungen mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit. Dabei sorgt eine neuartige Prozesssteuerung während des Verfestigungsprozesses für eine feine Kornstruktur mit nahezu Null Porosität.

 
 
© CTX Thermal Solutions GmbH
Typisches HDDC-Druckgussgehäuse mit integrierten Kühllamellen und Aussparungen für die Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen
Quelle: © CTX Thermal Solutions GmbH
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Typisches HDDC-Druckgussgehäuse mit integrierten Kühllamellen und Aussparungen für die Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen
Quelle: © CTX Thermal Solutions GmbH
 

Eingebettete Einsätze und Oberflächeneigenschaften

Kupfer, Graphit oder andere Feststoffe mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Aluminium können direkt in das gegossene Teil eingebettet werden.

Der Prozess erzeugt eine belastbare mechanische Verbindung – nahezu ohne jede Porosität oder Lücke zwischen den Grenzflächen. Oberflächenmerkmale wie Rippen, Anlötteile oder Aussparungen passen zu den jeweiligen elektronischen Komponenten und der Befestigungstechnik.

 
 

Dünne Lamellen mit einem hohen Seitenverhältnis

HDDC-Kühlkörper verfügen über zahlreiche wichtige Vorteile gegenüber bearbeiteten, Druckguss- oder extrudierten Kühlkörpern. Die höhere thermische Leitfähigkeit - gekoppelt mit vielfältigeren Möglichkeiten bei Lamellenkonfiguration, -Dicke und -Form - sind einzigartige Vorzüge beispielsweise bei stiftförmigen, elliptischen oder radialen Kühllamellen.

Viele dieser Eigenschaften können durch Extrusion oder herkömmliche Druckgusstechniken nicht erreicht werden. Zudem erlaubt der Prozess die Herstellung von Elektronikgehäusen mit Kühlrippen, die aufgrund ihrer dünneren Wände wesentlich leichter sind und über aufwendige Merkmale verfügen.

 
 
© CTX Thermal Solutions GmbH
Beispiele für die verschiedenen Kühllamellen-Geometrien von HDDC-Hochleistungskühlkörpern: a) kontinuierliche Flächenlamellen, b) unterbrochene Flächenlamellen, c) runde Kühlstifte und d) elliptische Kühllamellen
Quelle: © CTX Thermal Solutions GmbH
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Beispiele für die verschiedenen Kühllamellen-Geometrien von HDDC-Hochleistungskühlkörpern: a) kontinuierliche Flächenlamellen, b) unterbrochene Flächenlamellen, c) runde Kühlstifte und d) elliptische Kühllamellen
Quelle: © CTX Thermal Solutions GmbH
 

Verbesserter Nachbearbeitungsprozess

Die extrem dichte, porenfreie Gussteilqualität der HDDC-Kühlelemente erlaubt die problemlose Anwendung von Nachbearbeitungsverfahren wie Zerspanen, Hartlöten und Schweißen und damit auch die Realisierung leckdichter komplexer Baugruppen.

Die Oberfläche der HDDC-Kühlkörper ist so glatt und dicht, dass bei nassen Oberflächenbehandlungen wie Anodisieren und Galvanisieren keine Elektrolyte in das Metall eindringen können.

 
 
© CTX Thermal Solutions GmbH
Typisches HDDC-Druckgussgehäuse mit integrierten Kühllamellen und Aussparungen für die Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen (oben) und Beispiele für unterschiedliche Kühlkörper- Geometrien (vorne)
Quelle: © CTX Thermal Solutions GmbH
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Typisches HDDC-Druckgussgehäuse mit integrierten Kühllamellen und Aussparungen für die Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen (oben) und Beispiele für unterschiedliche Kühlkörper- Geometrien (vorne)
Quelle: © CTX Thermal Solutions GmbH
 

Eigenschaften und Vorteile von HDDC-Kühlkörpern

• Gleichförmige Temperaturverteilung: 3D-Lamellen und Kühlkanäle sowie verbesserte geometrische Eigenschaften wie geringere Wandstärke, kleinerer Kühllamellenabstand und dünnere Kühllamellen sowie eine geringere Entformungsschräge optimieren die Strömungswege und sorgen damit für eine gleichmäßige Temperatur.

• Großserienfertigung: Wie das Druckgießen eignet sich auch der HDDC-Prozess für die Großserienfertigung inklusiver vorgefertigter Einsätze aus Kupfer, Edelstahl oder anderen Metallen für die Wärmeverteilung oder mit Gewinden versehener Einsätze für Armaturen oder Flüssigkeitsanschlüsse.

• Absolut sicher: Zur Herstellung von absolut dichten Flüssigkeitskühlplatten können Teile aus AL 6XXX-Legierungen einfach CAB- oder hartgelötet werden.

 
 
© CTX Thermal Solutions GmbH
CTX-Produktportfolio: Kühllösungen so vielfältig wie ihre Anwendungen
Quelle: © CTX Thermal Solutions GmbH
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CTX-Produktportfolio: Kühllösungen so vielfältig wie ihre Anwendungen
Quelle: © CTX Thermal Solutions GmbH
 

Hochleistungselektronik optimal kühlen

Eine effektive Kühlung ist bei moderner Hochleistungselektronik entscheidend für die korrekte Funktion und eine lange Lebensdauer. Bei der Auswahl der idealen Kühllösung gilt es daher bestimmte Kriterien zu berücksichtigen.

Die Art der Kühllösung ergibt sich aus den Gegebenheiten von Platz- und Einbauverhältnissen in Abhängigkeit zur Verlustleistung des zu kühlenden elektronischen Bauteils. Diese Parameter bestimmen, ob eine passive Kühlung mit natürlicher Konvektion ausreicht oder ob die Höhe der Verlustleistung eine aktive Kühlung mit Lüfterunterstützung erforderlich macht. Reicht auch eine forcierte Kühlung nicht aus, wird auf die Flüssigkeitskühlung zurückgegriffen.

Mit der Art der Kühlung ändern sich auch die Kriterien für das Kühlkörperdesign. Bei natürlicher Konvektion muss die Oberfläche möglichst groß sein, die Kühlrippen einen genügend großen Abstand besitzen und die Materialien (Aluminium und/oder Kupfer) über eine hohe Wärmeleitfähigkeit verfügen.

 
 
© CTX Thermal Solutions GmbH
Das CTX-Spektrum an kühlenden Gehäuselösungen umfasst maßgeschneiderte Frontplatten ebenso wie Gehäuseteile in Druckguss, Profil- oder Stanzbiegetechnik sowie technische Aluminiumteile
Quelle: © CTX Thermal Solutions GmbH
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Das CTX-Spektrum an kühlenden Gehäuselösungen umfasst maßgeschneiderte Frontplatten ebenso wie Gehäuseteile in Druckguss, Profil- oder Stanzbiegetechnik sowie technische Aluminiumteile
Quelle: © CTX Thermal Solutions GmbH
 

Die forcierte Konvektion benötigt zusätzlich ein Kühlkörperdesign, das beispielsweise Luftverwirbelungen ausschließt. Flüssigkeitsgekühlte Kühllösungen stellen u.a. hohe Ansprüche an die Dichtigkeit des ganzen Systems.

„Wann immer Bauraum und Verlustleistung es erlauben, sollte aus Gründen der Langzeitzuverlässigkeit und Kosten die Wahl auf eine Kühllösung mittels natürlicher Konvektion fallen“, erklärt Wilfried Schmitz, Geschäftsführer von CTX, das als führendes Handelshaus ein außergewöhnliches breites und vielfältiges Produktportfolio an Kühlkörpern bereithält.

Das Angebot reicht von kleinen Kühlkörpern für SMT-Anwendungen bis hin zur großen Flüssigkeitskühlplatte. Damit bietet CTX für viele Problemstellungen die passende Lösung und unterstützt seine Kunden umfassend bei der Auswahl der jeweils optimalen Kühllösung.

 
 
 
 

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Die CTX Thermal Solutions GmbH ist Spezialist für projekt- und anwendungsspezifische Kühllösungen. Im Bereich Wärmebeherrschung und Umhüllung verfügt das Unternehmen mit Sitz im nordrhein-westfälischen Nettetal über eine umfassende technische Kompetenz und mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Vermarktung von Kühllösungen.

CTX Thermal Solutions GmbH
Lötscher Weg 104
D-41334 Nettetal

Website: www.http://www.ctx.eu