Unbestrittene Fakten über Diamantkühlkörper

Diamantkühlkörper, auch als Diamant-Wärmeverteiler oder Diamant-Wärmesenke bezeichnet, sind passive Bauteile aus synthetischem Diamant, die dazu beitragen, die potenziell schädliche Wärme abzuleiten, die in vielen elektronischen und optischen Geräten entsteht. Zu diesen Geräten zählen unter anderem Hochleistungs-HF-Bauteile für die Satellitenkommunikation, Hochleistungs-Laserdioden, Hochleistungs-Laserspiegel und Scheibenlaser.

Ein typischer Diamantkühlkörper bestehtaus einer dünnen Schicht aus synthetischem Diamant (maximal 2 mm), die zwischen der Wärmequelle und einem aktiv oder passiv gekühlten Kühlkörper angebracht wird. Ein guter mechanischer Kontakt ist von entscheidender Bedeutung; in vielen Anwendungen kommen Schweiß- oder Lötverfahren zum Einsatz, gelegentlich auch mechanische Klemmverfahren. Im Vergleich zu herkömmlichen Materialien für das Wärmemanagement wie Kupfer oder Aluminium bieten diese Diamantkühlkörper zahlreiche Vorteile, wodurch sie in Anwendungen, in denen eine effiziente Wärmeableitung entscheidend ist, einen hohen Stellenwert einnehmen. 

Eine hervorragende Kombination aus elektrischen und thermischen Eigenschaften

Diamant ist zwar für seine Härte bekannt, doch tatsächlich verfügt er über zwei weitere Eigenschaften (nämlich elektrische und thermische Eigenschaften), die ausschlaggebend dafür sind, dass Diamant in Kühlkörpern weit verbreitet ist.

Hohe Wärmeleitfähigkeit.Diamant ist ein außergewöhnlicher Wärmeleiter, dessen Wärmeleitfähigkeit je nach Produktqualität zwischen etwa 1.500 W/mK und 2.200 W/mK liegt. Dies liegt deutlich über den Werten anderer gängiger Materialien wie Kupfer (bis zu 400 W/mK) und Aluminium (bis zu 220 W/mK).Dank dieser hohen Wärmeleitfähigkeit kann Diamant Wärme effizienter von der Wärmequelle abführen als jedes andere Material.

Hervorragender elektrischer Isolator:Warum sollte man einen Diamantkühlkörper als zusätzliche Zwischenschicht verwenden, anstatt einen direkten Kontakt herzustellen, wenn man Wärme von elektronischen Bauteilen abführen und über einen Metallkühlkörper ableiten möchte? Der Hauptgrund dafür ist, dass Diamant nicht nur ein hervorragender Wärmeleiter, sondern auch ein ausgezeichneter elektrischer Isolator ist. Er weist ähnliche elektrische Eigenschaften wie Glas und Keramik auf, die seit über einem Jahrhundert im Bereich der elektrischen Isolation weit verbreitet sind. Daher ist der Diamantkühlkörper die erste Wahl für alle Anwendungen, die einen möglichst hohen Wärmefluss und elektrische Isolation erfordern. Aus diesem Grund finden sich viele seiner Anwendungen im Bereich der Hochleistungselektronik oder bei photonischen Bauteilen.

Weitere Vorteile von Diamant

Diamant weist noch weitere Vorteile auf, die bei bestimmten Kühlkörperanwendungen ein wichtiger Faktor sein können.

Geringes Gewicht.Es gibt zwei Gründe für das geringe Gewicht von Diamantkühlkörpern. Erstens ist Diamant von Natur aus ein leichtes Material. Zweitens kann der Kühlkörper sehr dünn gestaltet werden, da Diamant ein wirksamer Isolator ist und eine extrem hohe Durchschlagfestigkeit aufweist. Dies ist ein Vorteil bei Satelliten und anderen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, da bei diesen Anwendungen das Gesamtgewicht des Systems so weit wie möglich reduziert werden muss.

Thermische Stabilität.Diamant weist einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, was bedeutet, dass er sich bei Temperaturänderungen nicht nennenswert ausdehnt oder zusammenzieht. Diese Eigenschaft trägt dazu bei, die Integrität von Bauteilen wie Kühlkörpern, die Temperaturgradienten ausgesetzt sind, zu erhalten, und erhöht zudem deren langfristige Stabilität.

Korrosionsbeständigkeit.Diamant verfügt über eine hohe chemische Beständigkeit und bietet Schutz vor starken Säuren, starken Laugen und sogar organischen Lösungsmitteln. Dadurch eignen sich Diamantkühlkörper besonders gut für industrielle Anwendungen und andere Einsatzbereiche, in denen raue Umgebungsbedingungen herrschen.

Hervorragende Härte.Wie den meisten Lesern bereits bekannt ist, gehört Diamant zu den härtesten bekannten Materialien, weshalb künstlicher Diamant häufig zur Beschichtung von Sägeblättern und anderen Schneidwerkzeugen verwendet wird. In Bezug auf die Wärmeableitung ist diese Zähigkeit für Anwendungen von Vorteil, die mechanische Beständigkeit und Verschleißfestigkeit erfordern.

Optisch transparent.Diamant in hochreiner Form ist optisch transparent. Für die meisten Anwendungen im Bereich der Wärmeableitung ist keine hohe optische Transparenz erforderlich. Sollte dies jedoch der Fall sein,Coherent unseres Materials in „optischer Qualität“ anstelle eines unserer Materialien in „thermischer Qualität“.

Wie stellen wir noch leistungsfähigere CVD-Diamant-Kühlkörper her?

Coherent stellt Diamanten mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) her. In speziellen Hochtemperaturkammern erzeugen wir mithilfe starker Mikrowellen ein Plasma in einem kohlenstoffhaltigen Methangasgemisch. Dabei werden freie Kohlenstoffatome freigesetzt, die sich auf einer Diamantkeimschicht absetzen und nach und nach einen polykristallinen CVD-Diamantwafer bilden. 

Durch die Optimierung dieses WachstumsprozessesCoherent seine Fähigkeiten zur Herstellung von polykristallinem CVD-Diamant für verschiedene Hochleistungsanwendungen im Bereich des WärmemanagementsCoherent . Wir bieten eine Vielzahl von Wärmeleitfähigkeitsklassen an, wobei die höchste Klasse einen Wert von über 2200 W/mK aufweist. 

Dank unserer hervorragenden Fertigungsanlagen können wir extrem ebene und glatte Teile mit einem Durchmesser von bis zu 145 mm und einer Dicke von mindestens 2 mm nach Kundenspezifikation herstellen, um einen optimalen thermischen Kontakt mit Ihren Geräten zu gewährleisten. Unsere Diamantkühlkörper leiten die Wärme von den Heizelementen effizient ab und verteilen sie, wodurch das Risiko einer Überhitzung verringert und die Lebensdauer Ihrer elektronischen Geräte verlängert wird.

Thermisches Modell von Hochleistungslaserdioden auf SiC/Dia/Cu- und reinen Cu-Stapeln: Die Dioden in diesem Modell sind so programmiert,eine hohe interne Wärmeentwicklung von 2200 W/mm³ aufweisen. Die sechs Strukturen auf der linken Seite sind Dioden/SiC/Ti/Diamant-Stapel, während die sechs Strukturen auf der rechten Seite Dioden/Cu-Stapel sind. Alle zwölf Strukturen sind auf wassergekühlte Kupferplatten geklebt.

Anwendungsbereiche unserer Diamantkühlkörper

Diamantkühlkörper bieten eine äußerst attraktive Lösung für die Bewältigung von Wärmeproblemen sowie für die Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit und Lebensdauer kritischer elektronischer und photonischer Komponenten. Aus diesem Grund kommen unsere Kühlkörper in Branchen zum Einsatz, in denen Effizienz und Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung sind, wie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, im Militärbereich und im Hochleistungsrechnen.

Zu den konkreten Anwendungsbeispielen zählen Hochleistungs-CPUs und -GPUs in Computern und Servern, insbesondere in Rechenzentren, wo eine höhere Leistung zur Unterstützung der Entwicklung von Anwendungen im Bereich der künstlichen Intelligenz (KI) und des maschinellen Lernens (ML) erforderlich ist. Sie kommen zudem in vielen LED-Beleuchtungssystemen zum Einsatz, insbesondere in solchen mit hochleistungsfähigen Komponenten. Weitere Anwendungsbereiche unserer Diamantkühlkörper sind Satelliten- und Luft- und Raumfahrtgeräte, wie beispielsweise Hochleistungs-HF-Geräte (Hochfrequenz), die in der Satellitenkommunikation verwendet werden.

Zu den photonischen Anwendungen unserer Kühlkörper zählen Hochleistungslaserdioden und laseroptische Komponenten. Darüber hinaus unterstützen wir den Einsatz dieser Produkte in Kombination mit bestimmten leistungselektronischen Bauteilen. Schließlich eröffnet die rasante Entwicklung von Elektro- und autonomen Fahrzeugen einen weiteren Markt für unsere Diamantkühlkörper – sie können für bestimmte leistungselektronische Bauteile eingesetzt werden.

Wenn Sie Diamant als Kühlkörper einsetzen möchten,Coherent Ihnen hervorragende Lösungen.

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