Ermöglichung fortschrittlicher Lösungen für das Wärmemanagement
Von Lasern bis hin zu Elektrofahrzeugen – Coherent die besten Materialien und Systeme für das Wärmemanagement.
21. September 2023 von Coherent
Das Thema Kühlung ist mittlerweile in aller Munde.
Das offensichtlichste Beispiel hierfür ist der Mikroprozessor, der einen Großteil des modernen Lebens antreibt. Mit der stetig steigenden Anzahl von Transistoren auf einem Chip hat auch die erzeugte Wärme zugenommen. Und vor allem entsteht diese Wärme bei neueren Geräten aufgrund ihrer zunehmenden Miniaturisierung und höheren Dichte auf wesentlich kleineren Flächen.
Hochleistungsrechnen beginnt auf der Halbleiter – jener Schnittstelle zwischen Leitern und Isolatoren, die den Stromfluss steuert und die Bausteine aller modernen Elektronik bildet.
Die ständige Forderung nach Leistungssteigerungen hat jedoch aufgrund der hohen Verlustleistung zu thermischen Problemen geführt. Die Steuerung der Verlustleistung ist ein entscheidender Faktor für die Geschwindigkeit, Effizienz und Zuverlässigkeit dieser Komponenten. Eine robuste Lösung für das Wärmemanagement ist daher unerlässlich, um die Leistung zu optimieren und die Lebensdauer dieser Komponenten zu verlängern.
Wir bezeichnen dies als „Wärmemanagement“ – also die Werkzeuge und Technologien, mit denen ein System innerhalb seines Betriebstemperaturbereichs gehalten wird –, da die Anforderungen in vielen Anwendungsbereichen komplexer sind, als nur die Temperatur eines Objekts zu senken.
Überall wird es immer heißer
Der Bedarf an innovativer Wärmemanagement-Technologie geht jedoch weit über die Mikroelektronik hinaus.
Nur sehr wenige Produktkategorien sind immun gegen die physikalischen Folgen eines ineffektiven Wärmemanagements. Die Transportbranche, Halbleiter , die Informationstechnologie, die Biowissenschaften, die Unterhaltungselektronik und viele weitere Bereiche sind zunehmend auf innovative Ansätze im Wärmemanagement angewiesen. Der einzige wesentliche Unterschied bei den Anforderungen dieser Märkte besteht in der Höhe der Verlustleistung.
Ein gutes Beispiel hierfür sind die Antriebswechselrichter von batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV). Diese Wechselrichter wandeln den von der Batterie gelieferten Gleichstrom in den vom Antriebsmotor benötigten Drehstrom um, der das Fahrzeug antreibt. Die Wechselrichter und Motoren sind auf hohe Effizienz ausgelegt: Mehr als 90 % der aus der Batterie bezogenen elektrischen Energie werden in mechanische Energie umgewandelt, um das Fahrzeug anzutreiben. Die verlorene Energie verschwindet nicht einfach, sondern wird in Wärme umgewandelt.
Wechselrichter in Elektrofahrzeugen (BEV) sind ein Paradebeispiel für das Größenproblem im modernen Wärmemanagement. Wechselrichter und Motoren verbrauchen Kilowattstunden (kWh), und selbst einstellige Effizienzsteigerungen durch ein optimiertes Wärmemanagement summieren sich kurz- und langfristig zu erheblichen Einsparungen. Dies kann sich in einem Wettbewerbsvorteil auf mehreren Ebenen niederschlagen, darunter die Reichweite, die Lebensdauer und die technische Einfachheit. Und dies führt wiederum zu geringeren Materialkosten.
Ein weiterer Anwendungsbereich sind Halbleiter – also die Anlagen, die zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente eingesetzt werden. Dies ist unerlässlich, um präzise, zuverlässige und wiederholbare Fertigungsprozesse zu gewährleisten. Eine präzise Temperaturregelung ist notwendig, um die Qualität und Konsistenz der hergestellten Bauelemente sicherzustellen und Fehler sowie Ertragsverluste zu minimieren.
Führende Rolle im Bereich Wärmemanagement
Coherent ein weltweit führender Anbieter innovativer technischer Werkstoffe und Subsysteme für das Wärmemanagement und bietet ein breites Portfolio, das Folgendes umfasst:
Reaktionsgebundene Si/SiC-Werkstoffe
RB-SiC bietet eine einzigartige Kombination physikalischer Eigenschaften, darunter Hochtemperaturbeständigkeit, geringer Wärmeausdehnungskoeffizient, chemische Inertheit, hohe Festigkeit und ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht.
Für Anwendungen, bei denen hohe Reinheit und Temperaturbeständigkeit erforderlich sind, fertigen wirRB-SiC-Bauteilein nahezu jeder Größe und Form, ganz nach Ihren Anforderungen, einschließlich hoher Ebenheit, großer Infiltrationstiefe und interner Kühlkanäle.
Anwendungsbereiche: Halbleiter , Elektrofahrzeuge (EV) und Geräte für die Biowissenschaften.
AI/SiC-Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (MMC)
AI/SiC-Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (MMC) bieten eine einzigartige Kombination aus hoher spezifischer Steifigkeit und hoher thermischer Stabilität.
Unsere Verbundwerkstoffelassen sich zu Bauteilen mit Abmessungen von über 2 m x 2 m formen.
Anwendungsbereiche:Halbleiter , Elektrofahrzeuge (EV) und Geräte für die Biowissenschaften.
CVD-Diamant
Diamant weist die höchste Wärmeleitfähigkeit Materialien auf und zeichnet sich zudem durch außergewöhnliche Härte und hohe Temperaturwechselbeständigkeit aus.
Wir verfügen über Kompetenzen in den Bereichen Diamantwachstum (Mikrowellen-Plasma-CVD), Laserschneiden, Läppen, Polieren, Schleifen, Laserbeschriften und Beschichtungen und könnenCVD-Diamantmaterial in Abmessungen von bis zu 145 mm Durchmesser und 2 mm Dickeliefern, wobei wir eine Wärmeleitfähigkeit über 2200 W/m·K erreichen können.
Anwendungsbereiche: Datenkommunikation/Telekommunikation , Halbleiter und Messtechnik in den Biowissenschaften.
Einkristall-SiC
Zu den wesentlichen Vorteilen von SiC-basierter Elektronik gegenüber herkömmlicher Siliziumtechnik zählen geringere Schaltverluste, eine höhere Leistungsdichte, eine bessere Wärmeableitung und eine höhere Bandbreitenkapazität.
Wir sind in der Lage, fehlerarme 6H- (halbisolierende) und 4H- (leitfähige) SiC-Wafer mit einem Durchmesser von bis zu 200 mm in großen Stückzahlen herzustellen.
Anwendungsbereiche: Datenkommunikation/Telekommunikation, Halbleiter , Elektrofahrzeuge (EV) und Messtechnik für die Biowissenschaften.
Thermoelektrische Kühler (TECs)
TECs sind Festkörperkühler, die den Vorteil einer aktiven Kühlung ohne bewegliche Teile sowie eine hohe Betriebssicherheit bieten.
Coherent reichen von einfachen einstufigen Kühlern bis hin zu kompletten Kühlersubsystemen.
Anwendungsbereiche: Datenkommunikation/Telekommunikation, Elektrofahrzeuge (EV) und Messtechnik für die Biowissenschaften.
Dank unserer umfassenden und vielfältigen Kompetenzen sind wir bestens aufgestellt, um Wärmemanagementlösungen anzubieten, die optimal auf die Leistungs- und Kostenanforderungen Ihrer jeweiligen Anwendung zugeschnitten sind.
Ziemlich cool, oder?
Erfahren Sie mehr über Coherent Materials und Coherent Bandgap Electronics.
