Kundenspezifische Kühlplatten für IGBTs, MOSFETs, SiC-Leistungsmodule und weiteren Anwendungen
Verlustwärme aus IGBTs, MOSFETs, SiC-Leistungsmodulen und anderen Leistungshalbleitern muss zuverlässig abgeführt werden, damit die Bauteiltemperaturen innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs bleiben.
Wasserkühlkörper übertragen die Wärme von den Leistungskomponenten über eine Kühlplatte an ein flüssiges Kühlmedium. Dadurch lassen sich hohe Wärmelasten auch bei begrenztem Bauraum effizient aus dem System abführen.
Miba begleitet Ihr Projekt von der thermischen Auslegung und CFD-Simulation über Konstruktion und Fertigung bis zur anwendungsspezifischen Validierung.
Ob vakuumgelötete oder rührreibgeschweißte Kühlplatten, profilbasierte Lösungen oder Kühlplatten mit eingebetteten Rohren: Miba wählt die geeignete Technologie anhand Ihrer thermischen, mechanischen und wirtschaftlichen Anforderungen.
Miba fertigt Wasserkühlkörper nach vorhandenen Zeichnungen und Spezifikationen oder konzipiert eine kundenspezifische Kühllösung auf Basis Ihrer thermischen und mechanischen Randbedingungen.
Luftkühlung ist häufig eine robuste und wirtschaftliche Lösung für das Thermomanagement von Leistungselektronik. Ob sie für eine Anwendung ausreicht, hängt jedoch unter anderem von Verlustleistung, zulässiger Bauteiltemperatur, Umgebungstemperatur, verfügbarem Bauraum und Luftstrom ab.
Steigen Leistungsdichte und Wärmelast oder stehen nur begrenzter Bauraum und Luftstrom zur Verfügung, kann ein Wasserkühlkörper eine geeignete Alternative sein. Flüssige Kühlmedien können Wärme gezielt aus dem System transportieren und ermöglichen dadurch kompakte Kühllösungen für hohe thermische Anforderungen.
Entscheidend ist der gesamte thermische Pfad vom Leistungshalbleiter über die thermische Schnittstelle und Kühlplatte bis zum Kühlmedium.
| Luftkühlung | Flüssigkeitskühlung | |
| Wärmeabfuhr bei hohen thermischen Anforderungen | Für niedrige bis hohe Wärmelasten; abgestimmt auf Bauraum und Luftstrom | Für hohe bis sehr hohe Wärmelasten und Leistungsdichten geeignet |
| Bauraum | Abhängig von erforderlicher Oberfläche und Luftführung | Kompakte Lösungen bei hohen thermischen Anforderungen möglich |
| Kühlmedium | Definierter Luftstrom oder Umgebungsluft | Beispielsweise Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch |
| Systemkomplexität | Geringer; besonders bei passiver Kühlung | Höher; durch Kühlkreislauf, Pumpe, Anschlüsse, Dichtheitsanforderungen |
Anforderungen jetzt prüfen lassen.
Je nach Anwendung kommen unterschiedliche Kühlplatten- und Fertigungstechnologien zum Einsatz. Entscheidend sind die konkreten Anforderungen an Wärmeabfuhr, Kühlmedium, Druckverlust, Bauraum, Dichtheit, Druckbeständigkeit und Stückzahl.
Miba fertigt dabei Wasserkühlkörper in vier Technologien:
Vakuumgelötete Kühlplatten ermöglichen die Realisierung komplexer und präzise gefertigter Kühlkanäle sowie eine gezielte Führung des Kühlmediums. Dadurch lassen sich die thermisch wirksame Oberfläche, die Wärmeverteilung und der Druckverlust gezielt auf die Anforderungen der jeweiligen Anwendung abstimmen.
Ein Hochleistungskühlkörper besteht typischerweise aus einer mechanisch bearbeiteten Grundplatte und einer oder mehreren Deckplatten. Nach der Fertigung der Kanalstrukturen werden die einzelnen Komponenten durch Aluminium-Vakuumlöten zu einer geschlossenen Kühlstruktur verbunden. Das Verfahren ermöglicht hochqualitative, vollflächige Lötverbindungen ohne den Einsatz von Flussmitteln und bildet damit die Grundlage für leistungsfähige und zuverlässige Kühlplatten für höchste Anforderungen.
Berstdruck bis über 3.650 psi (über 250 bar), kein Einsatz von Flussmittel, geringer Verzug.
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Bei rührreibgeschweißten Kühlplatten werden Grundkörper und Deckplatte ohne vollständiges Aufschmelzen des Materials miteinander verbunden. Ein rotierendes Werkzeug plastifiziert den Werkstoff entlang der Fügelinie und erzeugt eine belastbare Verbindung zwischen den Bauteilen.
Dadurch lassen sich ein geringer Verzug und eine hohe Verbindungsqualität erzielen. Kundenspezifische Kanalgeometrien ermöglichen eine gezielte Strömungsführung und eine effiziente Wärmeabfuhr. Kanalverlauf, Wärmeübertragungsfläche und Druckverlust können dabei auf die thermischen und hydraulischen Anforderungen der Anwendung abgestimmt werden.
FSW-Kühlplatten eignen sich für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Kühlleistung, Dichtheit und Bauraum, beispielsweise zur Kühlung von IGBT- und MOSFET-Leistungsmodulen in Invertern sowie in Traktions- und Energieanwendungen.
Profilbasierte Flüssigkeitskühler basieren auf extrudierten Aluminiumprofilen, bei denen die Kühlkanäle bereits während des Extrusionsprozesses direkt in das Profil integriert werden. Die Kanalgeometrie kann dabei gezielt auf die thermischen Anforderungen und die Anordnung der jeweiligen Leistungshalbleitermodule abgestimmt werden.
Durch die Kombination aus integrierter Kanalstruktur und anschließender mechanischer Bearbeitung lassen sich Modulpositionen, Anschlüsse und Außenabmessungen kundenspezifisch anpassen. Dadurch entsteht eine robuste und wirtschaftliche Kühllösung, die sich insbesondere für Anwendungen mit wiederkehrenden Modul- und Kühlkörpergeometrien sowie höheren Stückzahlen eignet.
Profilbasierte Flüssigkeitskühler werden beispielsweise zur Kühlung von IGBT- und anderen Leistungshalbleitermodulen eingesetzt.
Bei Tubed Cold Plates werden Kupfer- oder Edelstahlrohre in einen Aluminiumgrundkörper eingebettet. Das Kühlmedium strömt innerhalb des Rohres und kommt dadurch nicht direkt mit dem Aluminiumgrundkörper in Kontakt.
Diese Bauweise eignet sich insbesondere für Anwendungen mit besonderen Anforderungen an das Kühlmedium, die Korrosionsbeständigkeit oder die Materialverträglichkeit. Rohrführung, Rohrmaterial, Plattengeometrie und thermische Anbindung werden entsprechend den Anforderungen der Anwendung ausgelegt.
Technische Merkmale
Miba fertigt Wasserkühlkörper auf zwei Wegen:
Build-to-Print
Sie stellen eine vorhandene Zeichnung, Spezifikation und die erforderlichen Prüfanforderungen bereit. Miba prüft die fertigungstechnische Umsetzbarkeit und produziert den Wasserkühlkörper nach Ihren Vorgaben.
Bei Bedarf können Fertigbarkeit, Toleranzen, Materialauswahl und Prüfkonzept gemeinsam bewertet werden.
Sie definieren die Anforderungen, zum Beispiel:
Auf dieser Basis konzipiert Miba die passende Kühllösung und wählt die geeignete Fertigungstechnologie.
Von der ersten Auslegung bis zur Validierung begleitet Sie das Miba Solution Team durch den gesamten Entwicklungsprozess. Dazu gehören unter anderem CFD-Simulation und thermische Auslegung, Konstruktion, Fertigung sowie anwendungsspezifische Prüfungen
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Die Leistungsfähigkeit eines Wasserkühlkörpers hängt vom Zusammenspiel aus Wärmequelle, thermischer Schnittstelle, Kühlplattengeometrie, Kühlmedium, Eintrittstemperatur, Volumenstrom und Druckverlust ab.
Miba berücksichtigt diese Randbedingungen bereits in der Konzept- und Auslegungsphase.
Mithilfe thermischer Berechnungen und Simulationen können Temperaturverteilung, Strömungsführung und Druckverlust bewertet und die Kühllösung auf die Anwendung abgestimmt werden.
Abhängig von den Projekt- und Qualitätsanforderungen kann der Wasserkühlkörper vor der Auslieferung ein definiertes Prüfprogramm durchlaufen. Miba kann die thermische Performance, Dichtheit und mechanische Belastbarkeit im eigenen Testumfeld prüfen. Je nach Projekt- und Prüfanforderung stehen verschiedene Prüf- und Validierungsmöglichkeiten zur Verfügung.
Wasserkühlkörper kommen dort zum Einsatz, wo hohe Verlustleistungen zuverlässig abgeführt werden müssen und Bauraum, Luftstrom oder Umgebungsbedingungen den Einsatz rein luftgekühlter Lösungen begrenzen.
Power Conversion und Inverter
Rail und Industrial Drives
Erneuerbare Energien: Photovoltaik und Wind
HVDC-Anwendungen
E-Mobility und Ladeinfrastruktur
Luftfahrt und Aerospace
Die Entwicklungszeit hängt von den individuellen Anforderungen Ihres Projekts ab, etwa von der technischen Komplexität, den Spezifikationen, der gewählten Fertigungstechnologie und dem erforderlichen Validierungsumfang.
Nach Eingang Ihrer Anforderungen bewertet das Miba Solution Team die technische Umsetzung und den Entwicklungsaufwand und erstellt eine fundierte Einschätzung der möglichen Projektzeitschiene
Ja. Miba fertigt kundenspezifische Wasserkühlkörper als Prototypen sowie in Klein- und Großserien. Stückzahl, geplantes Produktionsvolumen und Skalierbarkeit werden bereits bei der Auswahl der Konstruktion und Fertigungstechnologie berücksichtigt.
Wasserkühlkörper können in unterschiedlichen, kundenspezifischen Abmessungen und Geometrien gefertigt werden. Die realisierbare Größe hängt von der gewählten Fertigungstechnologie sowie den thermischen und mechanischen Anforderungen ab.
Ja. Je nach Anwendung kann eine Kombination verschiedener Technologien, Werkstoffe oder Konstruktionsprinzipien die passende Lösung sein.
Miba bewertet Ihre thermischen, hydraulischen, mechanischen und wirtschaftlichen Randbedingungen und konzipiert daraus die geeignete Kühllösung.
Mögliche Oberflächenbehandlungen hängen von den elektrischen Anforderungen und Umgebungsbedingungen ab.
Mögliche Verfahren werden projektspezifisch anhand der Anwendung und der erforderlichen Materialverträglichkeit ausgewählt. Das Miba Solution Team unterstützt Sie bei der Bewertung der geeigneten Ausführung.
