Einfluss eines elektrisch nicht-leitenden Kühlkörpers auf gestrahlte und leitungsgebundene Störungen von Leistungshalbleitern

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde ein Kühlkörper aus der elektrisch nicht leitenden Keramik Aluminiumnitrid mit einem Kühlkörper aus Aluminium verglichen. Beide Kühlkörper wurden zur Verwendung mit bis zu vier Leistungs-MOSFETs im TO-247-Gehäuse mit einer Wasserkühlung konzipiert. Es konnte gezeigt werden, dass die thermische Leistungsfähigkeit des Aluminiumnitrid-Kühlkörpers mindestens auf dem Niveau des Aluminium-Kühlkörpers liegt. Die Vorteile des Aluminiumnitrid-Kühlkörpers zeigen sich im erheblich geringeren Ableitstrom, da keine Erdung notwendig ist. Dies kann Einsparungen beim Netzfilter ermöglichen, durch welche Bauraum, Masse und Kosten optimiert werden können. Dies kann z. B. für kompakte Wandler auf Galliumnitrid-Basis einen erheblichen Vorteil darstellen, da hier der Netzfilter durch die Common-Mode-Drosseln deutlich mehr Bauraum und Masse beiträgt als die Leistungselektronik selbst. Weiterhin ist es nicht notwendig, eine elektrische Isolierung zwischen MOSFET und Kühlkörper zu verwenden. Auf der anderen Seite wurde festgestellt, dass der Aluminiumnitrid-Kühlkörper die Abstrahlung im Vergleich zu einem geerdeten Kühlkörper in Abhängigkeit von der Systemimpedanz durch eine Verbesserung der Impedanzanpassung erhöhen kann. Auch sind die Herstellungskosten für einen solchen Keramikkühlkörper deutlich höher und die Geometrie ist stark eingeschränkt. Insgesamt stellt der Kühlkörper aus Aluminiumnitrid einen interessanten Ansatz für Systeme dar, welche stark hinsichtlich des Bauraums und der Masse optimiert werden müssen.