Projektbeschreibung

Das grundsätzliche Ziel des Forschungsvorhabens ist in erster Linie die flexible und individuelle Herstellung hocheffizienter Kühlkörper mittels Anwendung additiver Fertigungsverfahren wie beispielsweise dem selektiven Laserschmelzen und 3D-Printing für leistungselektronische Anwendungen. Durch die Nutzung generativer Fertigungsverfahren kann das Direct to Product-Alleinstellungsmerkmal optimal angewandt und somit konventionelle Prozessschritte der üblichen Fertigungskette wie beispielsweise spanende Verfahren und Montageschritte eingespart werden. Anhand von generierten CAD-Daten können kundenspezifische Kühlkörper „gedruckt“ werden. Der große Vorteil der Gestaltungsfreiheit beim Entwerfen von Produkten für generative Fertigungsverfahren kommt einer Fertigung von anwendungsspezifischen heat sinks sehr entgegen, da somit:

• Lokal entstehende Hotspots aufgrund hoher maximaler Sperrtemperaturen der verbauten Halbleiter durch angepasste Kühlstrukturen im Kühler minimiert werden können
• Kühlstrukturen gefertigt werden können, welche mit konventionellen Herstellungsverfahren nicht realisierbar sind
• 3D-Kühlkörper für 3D-MID Schaltungsträger gefertigt werden können
• Eine Realisierung von Mikrokühlkörpern mit dementsprechenden Mikrokühlkanälen für effektivere Kühlleistungen möglich wird
• Bei keramischen Kühlkörpern der Schaltungsträger (Dielektrikum) zugleich als Kühler dienen kann

Weiterhin werden die keramischen Kühlkörper, welche gleichzeitig als Schaltungsträger dienen, anhand von wiederum additiven Fertigungsprozessen metallisiert und funktionalisiert, was im Vergleich zu den konventionellen Verfahren erhebliche Materialeinsparungen, sowie eine Verkürzung der Prozesskette mit sich bringt. Betrachtet man konventionelle Fertigungsverfahren für keramische Schaltungsträger im Hinblick auf Leistungselektronik-Anwendungen fällt auf, dass diese aufgrund ihrer komplexen Prozesskette nicht für die Realisierung einer kundenspezifischen, flexiblen und energieeffizienten Produktion in geringen Stückzahlen geeignet sind. Es werden für jedes Layout hardwareseitige Anpassungen z. B. in Form individueller Druckschablonen oder entsprechender Werkzeuge benötigt. Des Weiteren sind die nachfolgenden Brennvorgänge zeit- und energieintensiv, was zu einem hohen Ressourcenverbrauch führt und somit zur Kostensteigerung beiträgt.

Als grundsätzliche Innovation des Forschungsvorhabens kann man zunächst die additive Fertigung von metallischen Mikrokühlkörpern mit Mikrokühlkanälen für eine effektivere Wärmeabfuhr aufgrund der vergrößerten Kontaktfläche zum Kühlmedium nennen. Viel mehr ist die nachträgliche selektive Metallisierung und Funktionalisierung in Kombination mit besagten Kühlkörpern ein noch unerforschtes Themengebiet, welches künftig für kundenspezifische Hochleistungsanwendungen großes Potential birgt. Anhand dieses Forschungsvorhabens soll die Mechatronisierung anhand von additiven Technologien verstärkt untersucht und am Standort Deutschland/Bayern vermehrt Anwendung im allumfassenden Bereich der Elektronikfertigung finden.