Die steigende Nachfrage nach leistungsfähiger und kompakter Leistungselektronik stellt hohe Anforderungen an das Wärmemanagement moderner Halbleitertechnologien. Insbesondere Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN)-Halbleiter bieten erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Siliziumlösungen, darunter höhere Spannungsfestigkeit, geringere Schaltverluste und eine verbesserte Effizienz bei hohen Temperaturen. Allerdings geht diese höhere Leistungsdichte mit einem erhöhten Kühlbedarf einher. Innovative Lösungen sind gefragt.
Top-Side Cooling:
Wärme effizient ableiten
Beim Top-Side Cooling wird die Wärme direkt über die Oberseite des Halbleiterchips abgeführt – anstatt wie bisher über die Unterseite. Dies reduziert den Wärmewiderstand und verbessert die Temperaturverteilung und führt so zu einer längeren Lebensdauer und höheren Effizienz des gesamten Systems.
Top-Side Cooling ist daher ein interessanter und innovativer Lösungsansatz für Entwickler, welchen wir in einem Webinar mit Kerafol am 16. Oktober vertiefen werden.
Nutzen Sie die Möglichkeit, mehr über die Vorteile und Einsatzmöglichkeiten von Top-Side Cooling und KERAMOLD® zu erfahren sowie offene Fragen direkt an uns und unseren Partner Kerafol zu stellen. Melden Sie sich hier direkt zum Webinar mit Kerafol am 16. Oktober an:
Varianten des Top-Side Cooling
Wir bieten Ihnen verschiedene Varianten des Top-Side Cooling an – darunter etwa das TO263-7 in isolierter und nicht isolierter Ausführung sowie das TOLT.
| Top-Side Cooling TO263-7 (nicht isoliert) | Top-Side Cooling TO263-7 (isoliert) | Top-Side Cooling TOLT (nicht isoliert) | |
|---|---|---|---|
 |  |  | |
| Spannung | 750V + 1200V | 750V + 1200V | 750V |
| RDson | Ab 18mΩ | Ab 16mΩ | Ab 9mΩ |
Zusätzlich zu den genannten Beispielen sind auch weitere Chips bei uns verfügbar.
Weitere Informationen hierzu finden Sie auf unserer Homepage:
Zur SemiQ Website Zur PNJ Website
Herausforderungen herkömmlicher TIMs für Top-Side Cooling
Um die Wärmeableitung beim Top-Side Cooling zu optimieren, müssen sogenannte TIMs - Thermal Interface Materials - mehrere Anforderungen erfüllen: Sie sollten eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen, den thermischen Übergangswiderstand minimieren, elektrisch isolierend wirken (wo die Kühlfläche des Halbleiters nicht bereits isoliert ausgeführt ist) und gleichzeitig eine hohe mechanische Stabilität sowie Zuverlässigkeit bieten.
Gängige Wärmeleitmaterialien im Vergleich
Wärmeleitpasten
Wärmeleitpasten zeichnen sich durch ihre geringe Bond-Line-Thickness (BLT) aus, was zu einem sehr niedrigen thermischen Widerstand führt. Allerdings sind sie nicht immer elektrisch isolierend und eignen sich nicht für den Ausgleich mechanischer Toleranzen. Zudem neigen einige handelsübliche Pasten bei intensiveren „Power-Cycles“ zum sogenannten „Pump-Out-Effekt“, bei dem sich das Material durch wiederholte thermische Belastung aus der Kontaktfläche herausbewegt und die Wärmeableitung verschlechtert. Die KP100 von Kerafol bietet hier durch ihre speziell abgestimmte Verfüllung einen neuen Lösungsansatz. Das Datenblatt dieser neuen Paste finden Sie bald auf unserer Homepage.
Alle Wärmeleitpasten entdecken
Phase-Change-Material
Phase-Change-Material (PCM) schmelzen bei höheren Betriebstemperaturen und reduzieren dadurch ihren Kontaktwiderstand. Sie erfordern spezielle Montagemethoden und sind für Anwendungen mit sehr geringen mechanischen Toleranzen geeignet, bei denen eine elektrische Isolation nicht erforderlich ist.
Zum Datenblatt des PCMs 16125c von Kerafol
Gap Filler Liquids
Die Verwendung von Gap Filler Liquids ist inzwischen vor allem bei höheren Stückzahlen ein gerne gewählter Lösungsansatz. Besonders die Kombination aus hoher Wärmeleitfähigkeit, geringer Materialkosten und einfacher Automatisierung durch Dispensanlagen bietet viele Vorteile.
Im Gegensatz zu den vorher erwähnten Produktgruppen sind Gap Filler Liquids auch elektrisch isolierend. Durch Ihre Applizierbarkeit im flüssigen Zustand erfordern sie keinerlei Anpressdruck und eliminieren somit jeglichen mechanischen Stress auf die Wärmequelle. Der anschließende Vernetzungsvorgang erfordert zwar einen zusätzlichen Zeitaufwand im Produktionsprozess, ermöglicht jedoch eine effiziente und stabile thermische Verbindung - auch bei größeren mechanischen Toleranzen und Schichtdicken.
Das silikonfreie GFU 15 überzeugt hier durch einfache Verarbeitung bei Raumtemperatur, hohe elektrische Isolierung und gute Wärmeleitfähigkeit für Anwendungen mit großen Fertigungstoleranzen, während GFL 3030 und GFL 3040 durch sehr hohe Wärmeleistung und wirtschaftliche Verarbeitung besonders für anspruchsvolle thermische Anforderungen geeignet sind.
Alle Gap Filler Liquids entdecken
Der Gamechanger: KERAMOLD®
KERAMOLD® ist ein speziell entwickeltes Granulat auf TPE-Basis, das thermisch hochleitfähig und elektrisch isolierend ist. Es kombiniert die Vorteile verschiedener Materialgruppen im Bereich der TIMs (Thermal Interface Materials). Im Overmolding-Prozess wird KERAMOLD® direkt auf die Platine bzw. den Halbleiterchip aufgebracht.
Dadurch entsteht eine passgenaue, wärmeleitfähige und elektrisch isolierende Schutzschicht – ganz ohne Vernetzungsprozess.
| Typ | Wärmeleitfähigkeit (W/mK) | Thermischer Widerstand (K/W) | Farbe | Durchbruchspannung (kV) | Härte (Shore A) |
|---|---|---|---|---|---|
| Keramold 15 | 1,5 | 1,66 | Orange | > 16 | 65-80 |
| Keramold 20 | 2,0 | 0,63 | Grau | 3,0 | 15-30 |
| Keramold 20N | 2,0 | 0,63 | Grau | 3,0 | 30-45 |
| Keramold 25 | 2,5 | 0,50 | Rot | > 16 | 40-60 |
Anwendungsbereiche für Top-Side Cooling mit KERAMOLD®
Gerade das Top-Side Cooling bringt gleichzeitig mehrere mechanische, elektrische und thermische Herausforderungen mit sich. Durch seine sehr guten Isolationseigenschaften in Kombination mit hoher mechanischer Flexibilität eignet sich KERAMOLD® insbesondere für Anwendungen in Verbindung mit nicht isolierten Top-Side Cooling Halbleitern im Hochvolt-Bereich mit moderaten mechanischen Toleranzen, welche mit relativ geringem Anpressdruck überbrückt werden können.
- Minimierter Kontaktwiderstand:
Durch den Overmolding-Prozess kann der Kontaktwiderstand zwischen dem KERAMOLD®-Material und dem Halbleiter auf ein Minimum reduziert werden. Dazu trägt die hohe Weichheit und Elastizität des Materials bei, das sich – im Gegensatz zu klassischen Kunststoffen – im niedrigen Shore-A-Bereich bewegt.
- Hohe Wärmeleitfähigkeit:
Dank spezieller Füllstoffe erreichen Produkte der KERAMOLD®-Reihe eine Wärmeleitfähigkeit von über 2,5 W/mK in Z-Richtung (through-plane) und über 3,2 W/mK in X/Y-Richtung (in-plane) – deutlich höher als bei herkömmlichen Kunststoffen. Ein Material mit 3,5 W/mK (KERAMOLD35) befindet sich bereits in Entwicklung. Die verbesserte Wärmeableitung und zusätzliche Wärmespreizung ermöglichen eine effizientere Kühlung von Hot Spots und ggf. eine kompaktere Dimensionierung von Kühlkörpern.
- Passgenaue Form:
Die 3D-Form des TIMs verbessert nicht nur den Wärmetransport, sondern erleichtert auch den Umgang mit Kriechströmen. Dabei wird nicht nur die Kontaktfläche des Halbleiters, sondern z. B. auch die Pins angebunden und gekapselt. Die Materialausnutzung ist bei dieser Methode sehr hoch und reproduzierbar darstellbar. KERAMOLD® weist einen CTI-Wert von >600 V auf, gehört damit zur Isolationsklasse I und kann helfen, die Bauteilabstände zu reduzieren.
- Exzellente mechanische Festigkeit:
Das Umspritzen mit dem weichen und elastischen TPE schützt den Halbleiter zusätzlich vor mechanischen Belastungen wie Vibrationen, CTE-Mismatch, Feuchtigkeit und Umwelteinflüssen – was die Lebensdauer der elektronischen Bauteile verlängert.
- Effizienter Fertigungsprozess:
Das Umspritzen mit KERAMOLD® führt zu einer geringeren Prozesszeit in der Fertigung. Im Vergleich dazu dauert das Aushärten von 2K-Materialien wie Potting- oder Gap-Filler-Materialien deutlich länger. Die Fertigungsqualität und Wiederholungsgenauigkeit beim Umspritzen sind sehr hoch.
Ihre All-in-One-Lösung:
Durch die vollständige Kapselung der Platine sowie des SiC-Halbleiters können zusätzliche Materialien und Prozessschritte wie Potting oder Conformal Coating entfallen. Das KERAMOLD®-Material wurde nicht nur für den Wärmetransport, sondern auch für den Schutz der elektronischen Baugruppe entwickelt.
Sie interessieren sich für das Thema Top-Side Cooling und KERAMOLD®?
Am 16.Oktober findet unser Webinar gemeinsam mit den Experten Wolfgang Höfer und Simon Gumbel von Kerafol statt. Steigen Sie mit uns noch tiefer in die Thematik ein und finden Sie alle Antworten zu Ihren Fragen zum Top-Side Cooling und KERAMOLD®!
Melden Sie sich hier zum Webinar an
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