Fortschrittliche Lösungen für das Wärmemanagement
Von Lasern bis hin zu Elektrofahrzeugen verfügt Coherent über die coolsten Materialien und Systeme für das Wärmemanagement.
21. September 2023 von Coherent
Kühlung ist mittlerweile ein sehr heißes Thema.
Das offensichtlichste Beispiel hierfür ist der Mikroprozessor, der einen Großteil des modernen Lebens antreibt. Da die Anzahl der auf einem Chip enthaltenen Transistoren stetig zunimmt, nimmt auch die erzeugte Wärmemenge zu. Und was am wichtigsten ist: Diese Wärme wird bei neueren Geräten aufgrund ihrer zunehmenden Miniaturisierung und höheren Dichte auf viel kleineren Flächen erzeugt.
Hochleistungsrechner beginnen auf der Halbleiterebene, der Schnittstelle zwischen Leitern und Isolatoren, die den Fluss des elektrischen Stroms steuern, und den Bausteinen aller modernen Elektronik.
Der ständige Bedarf an Leistungssteigerungen hat jedoch aufgrund der hohen Verlustleistung zu thermischen Auswirkungen geführt. Die Beherrschung der Verlustleistung ist ein entscheidender Faktor bei der Bestimmung ihrer Geschwindigkeit, Effizienz und Zuverlässigkeit. Um die Leistung zu optimieren und die Lebensdauer dieser Komponenten zu verlängern, ist eine robuste Wärmemanagementlösung daher unerlässlich.
Wir nennen es „Wärmemanagement“ – womit wir die Werkzeuge und Technologien bezeichnen, die verwendet werden, um ein System innerhalb seines Betriebstemperaturbereichs zu halten –, weil die Anforderungen in vielen Anwendungen weitaus komplexer sind als nur die Senkung der Temperatur von etwas.
Überall wird es heißer
Der Bedarf an innovativer Wärmemanagement-Technologie geht jedoch weit über die Mikroelektronik hinaus.
Nur sehr wenige Produktkategorien sind vor den physischen Folgen eines ineffektiven Wärmemanagements gefeit. Transport, Halbleiterherstellung, Informationstechnologie, Biowissenschaften, Unterhaltungselektronik und viele mehr sind zunehmend auf innovative Ansätze für das Wärmemanagement angewiesen. Der einzige wesentliche Unterschied in den Anforderungen für einen dieser Märkte besteht in der Größe der Verlustleistung.
Traktionswechselrichter für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV) sind ein gutes Beispiel, auf das man sich konzentrieren sollte. Wechselrichter wandeln den von einer Batterie gelieferten Gleichstrom in dreiphasigen Wechselstrom um, der vom Fahrmotor benötigt wird, der das Fahrzeug antreibt. Die Wechselrichter und Motoren sind auf einen hohen Wirkungsgrad ausgelegt, wobei mehr als 90 % der aus der Batterie entnommenen elektrischen Energie in mechanische Energie umgewandelt werden, um das Fahrzeug anzutreiben. Die verlorene Energie verschwindet nicht einfach, sie wird in Wärme umgewandelt.
Leistungswechselrichter in BEVs sind ein Paradebeispiel für das Skalierproblem im modernen Wärmemanagement. Wechselrichter und Motoren bewegen Kilowatt pro Stunde (kWh), und sogar einstellige Zuwächse aufgrund eines überlegenen Wärmemanagements führen kurz- und langfristig zu großen Einsparungen. Dies kann zu einem Wettbewerbsvorteil auf mehreren Ebenen führen, einschließlich Reichweitenlebensdauer und technischer Einfachheit. Dies führt zu geringeren Stücklistenkosten.
Eine weitere Anwendung sind Halbleiterprozessgeräte – die Werkzeuge zur Herstellung mikroelektronischer Geräte. Dies ist notwendig, um präzise, zuverlässige und wiederholbare Fertigungsprozesse aufrechtzuerhalten. Eine präzise Temperaturkontrolle ist notwendig, um die Qualität und Konsistenz der produzierten Geräte sicherzustellen und Defekte und Ertragsverluste zu begrenzen.
Führung im Wärmemanagement
Coherent ist ein weltweit führender Anbieter innovativer technischer Materialien und Subsysteme für das Wärmemanagement und bietet ein breites Portfolio, das Folgendes umfasst:
Reaktionsgebundene Si/SiC-Materialien
RB-SiC bietet eine einzigartige Kombination physikalischer Eigenschaften, darunter Hochtemperaturbeständigkeit, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient, chemische Inertheit, hohe Festigkeit und ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht.
Für Anwendungen, bei denen hohe Reinheit und Temperaturbeständigkeit erforderlich sind, fertigen wir RB-SiC-Komponenten in nahezu jeder Größe und Form, je nach Bedarf angepasst, einschließlich hoher Ebenheit, großer Eindringtiefe und interner Kühlkanäle.
Anwendungen: Halbleiterherstellung, Elektrofahrzeuge (EV) und biowissenschaftliche Instrumente.
AI/SiC-Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (MMC)
AI/SiC-Metallmatrix-Komposite (MMC) bieten eine einzigartige Mischung aus hoher spezifischer Steifigkeit und hoher thermischer Stabilität.
Unser Sortiment an Verbundwerkstoffen kann in Strukturen mit einer Größe von über 2 m x 2 m gegossen werden.
Anwendungen: Halbleiterherstellung, Elektrofahrzeuge (EV) und biowissenschaftliche Instrumente.
CVD-Diamant
Diamant bietet die höchste Wärmeleitfähigkeit aller Materialien sowie eine außergewöhnliche Härte und hohe Beständigkeit gegen Temperaturschocks.
Wir verfügen über Kapazitäten für das Diamantwachstum (Mikrowellenplasma-CVD), Laserschneiden, Läppen, Polieren, Schleifen, Lasermarkieren und Beschichten und können CVD-Diamant-Material in Größen bis zu 145 mm Durchmesser und 2 mm Dicke liefern und eine Wärmeleitfähigkeit von über 2200 W/mK erreichen.
Anwendungen: Daten-/Telekommunikation, Halbleiterherstellung und biowissenschaftliche Instrumente.
Einkristallines SiC
Zu den Hauptvorteilen der SiC-basierten Elektronik gegenüber herkömmlichem Si zählen geringere Schaltverluste, eine höhere Leistungsdichte, eine bessere Wärmeableitung und eine größere Bandbreitenkapazität.
Wir können defektarme 6H- (halbisolierende) und 4H-(leitfähige) SiC-Karbidwafer mit bis zu 200 mm Durchmesser in großen Stückzahlen erzeugen.
Anwendungen: Daten-/Telekommunikation, Halbleiterherstellung, Elektrofahrzeuge (EV) und biowissenschaftliche Instrumente.
Thermoelektrische Kühler (TECs)
TECs sind Festkörperkühlelemente, die den Vorteil einer aktiven Kühlung ohne bewegliche Teile und einer hohen Betriebssicherheit bieten.
Kohärente TECs reichen von einfachen, einstufigen Kühlern bis hin zu kompletten Kühl-Subsystemen.
Anwendungen: Daten-/Telekommunikation, Halbleiterherstellung, Elektrofahrzeuge (EV) und biowissenschaftliche Instrumente.
Mit solch umfangreichen und vielfältigen Fähigkeiten sind wir in der einzigartigen Position, Wärmemanagementlösungen zu liefern, die ideal zu den Leistungs- und Kostenanforderungen Ihrer speziellen Anwendung passen.
Ziemlich cool, oder?
Erfahren Sie mehr über technische Materialien und Wide-Bandgap-Elektronik von Coherent.
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