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Leistungsfähige keramische Substrate

| Redakteur: Dr. Anna-Lena Gutberlet

Rogers Power Electronics Solutions (PES), ein Unternehmensbereich der Rogers Corporation hat seine neuen leistungsfähigen, keramischen Substrate vorgestellt. Dank ihres geringen thermischen Widerstands sind sie als Schaltungsträger für Leistungselektronik-Applikationen mit erhöhter Leistungsdichte geeignet – zum Beispiel fortschrittliche Akkutechnologien für Elektro- und Hybrid­fahrzeuge, erneuerbare Energien und Medizintechnik.

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Neue curamik-Substrate verbessern das Wärmemanagement von Leistungsschaltungen für die Industrie und Automobilbranche
Neue curamik-Substrate verbessern das Wärmemanagement von Leistungsschaltungen für die Industrie und Automobilbranche
(Bild: Rogers)

Die einzelnen Substrate wie curamik Power, curamik Power Plus und curamik Performance sind für unterschiedliche Leistungen und unterschiedliche Dicken, auch kundenspezifisch, konzipiert.

Dem Substrat, also dem Grundmaterial eines Schaltungsträgers, kommt beim Design kompakter Baugruppen eine entscheidende Rolle zu, da es eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen muss. Nur dann kann es die von den Bauteilen erzeugte Wärme effizient und schnell von den Leiterschichten abführen. Je besser dies gelingt, desto mehr Strom kann eine Leiterbahn führen.

Das auf Aluminiumoxid (Al2O3) basierende, metallisierte keramische Substrat curamik Power eignet sich für kosteneffiziente Leistungselektronik-Schaltungen. Seine thermische Leitfähigkeit beträgt 24 W/mK. Das Substrat bietet ein sehr gutes Preis-Leistungsverhältnis und kommt beispielsweise in kostensensitiven Schaltungen mit niedriger und mittlerer Leistungsabgabe zum Einsatz, zum Beispiel Photovoltaik-Invertern und Halbleitermodulen für Industrieanwendungen.

Für Schaltungen mit etwas höherem Leistungsbedarf ist curamik Power Plus gedacht. Mithilfe einer Zirkonium-Dioxid-Dotierung (ZrO2) des Al2O3-Substrats erreicht Rogers eine verbesserte thermische Leitfähigkeit von 26 W/mK. Weiterer Pluspunkt: Das Material ist robuster. Power Plus kommt hauptsächlich in Anwendungen mit mittlerer Leistungsabgabe zum Einsatz, beispielsweise Umrichter für Windkraftanlagen und Leistungsmodulen im Automobilbau.

Die curamik Performance Substrate basieren dagegen auf Si3N4-Keramik und werden in einem AMB-Prozess hergestellt. Sie bieten ein optimales Verhältnis zwischen robusten mechanischen Eigenschaften, langer Lebensdauer und einer hohen thermischen Leitfähigkeit von 90 W/mK. Damit eignen sie sich für Applikationen wie Antriebsinvertern in Elektro- und Hybridfahrzeugen.

Neben den Standardprodukten liefert Rogers, als Entwicklungspartner auch maßgeschneiderte Lösungen. Der Wärmewiderstand von Al2O3 DBC-Substraten wird neben der Wärmeleitfähigkeit auch durch die Dicke der verwendeten Keramik bestimmt. Daher kann Rogers seine keramischen Substrate kundespezifisch in verschiedenen Dicken von 0,25 - 1,00 mm anbieten.

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