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Seminar

Entwärmungskonzepte für die Leistungselektronik

Kühlungsoptimierung vom Design bis zur Fertigung

Entwärmungskonzepte für die Leistungselektronik
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Entwärmungskonzepte für die Leistungselektronik

Der Schwerpunkt des Seminars liegt bei der Konzeption der Elektronikkühlung für Leistungsbaugruppen. Diese erfolgt in mehreren Stufen.

Zu Beginn werden grundsätzliche Überlegungen zu Strategien der Elektronikkühlung vorgestellt, um dem Entwickler ein Grundgerüst für seine eigene Planungen zu vermitteln. Dabei geht es um das Identifizieren von relevanten Parametern zur Bewertung von Materialien, Designs und Konstruktionen. Dazu gehört auch die Vermittlung von Grundlagen über physikalische Prozesse des Wärmetransports.

In der nächsten Stufe werden moderne Technologien für Hardware-Komponenten vorgestellt. Dazu zählen Leiterplattentechnologien, wie Hochstrom-Leiterplatten mit verschiedenen Inlaytypen, Dickkupfer- und Metallkern-Leiterplatten und weitere innovative effiziente Konstruktionen mit entsprechenden Designs. Anschließend an die Baugruppentechnologien liegt der Fokus auf Thermischen-Interface-Materialien zwischen Bauteilen oder Baugruppen als Wärmequellen und Wärmesenken. Dabei werden die Unterschiede zwischen den vielfältigen wärmeleitfähigen Systemen ausführlich erläutert, von der klassischen Wärmeleitpaste bis zu modernen Phase-Change-Materialien und dünnsten, gefüllten Folien. Vorträge über Kühlkörper, Heatpipes und Lüfter ergänzen die Hardware-Technologien.

Weitere Vorträge vermitteln Wissen, das die eigentliche Hardware-Entwicklung begleiten. Hierzu zählen Evaluations- und Testmethoden zur Überprüfung der Layouts und Konstruktionen, wie die Thermosimulation im Vorfeld einer Hardwareentwicklung sowie die Infrarotthermografie zur Messung der erfolgreichen Umsetzung von Maßnahmen zur Elektronikkühlung. Weiterhin wird dargestellt, wie Lötprozesse und andere Aufbau- und Verbindungstechniken für Hochleistungsbauteile gestaltet werden können, um normgerechte Verbindungen zu erreichen.

Erfahrungsberichte aus der automotiven Hochtemperaturelektronik, LED-Systemen und ein Exkurs zur Thermoelektrik runden die Veranstaltung inhaltlich ab.

Zum Thema

Elektromobilität und erneuerbare Energien sind nur zwei aktuelle Stichworte, hinter denen sich der Bedarf an effizienter Leistungselektronik ablesen lässt. Weitere Trends sind Steuerungen für kompakte 48V-Geräte in modernen Kraftfahrzeugen, die Miniaturisierung von Batterieschalter und anderen Hochstrom-Anwendungen. Bei allen Anwendungen ist es essenziell, die Verlustleistungen von der Wärmequelle bis zur Wärmesenke wirtschaftlich zu transportieren, um Überhitzung der Elektronik zu vermeiden. Effiziente Wärmepfade setzen gezielte Maßnahmen für eine optimale Kühlung voraus. Angefangen bei der Auswahl von Bauelementen, über Layout und Aufbau von Leiterplatten bis hin zu Interface-Materialien, Kühlern und Lötprozessen werden im Seminar alle Bereiche angesprochen, auf die der Elektronik- und Hardware-Entwickler Einfluss nehmen kann. Zusätzlich werden moderne Thermografie und -simulationstools vorgeführt. Praxisberichte aus Automotive- und LED-Anwendungen runden das Seminar ab.

USP

  • Leistungselektronik effizient kühlen
  • Design für hohe Ströme und Leistung
  • Konstruktions- und Verarbeitungspraxis

Programm

Tag 1, 09:00 bis 17:30 Uhr

Strategische Planung von Entwärmungskonzepten
Dr. Christoph Lehnberger

Wärmetransport in elektronischen Systemen
(Physikalische Grundlagen; Voraussetzungen für eine effektive Kühlung; Vergleich von Wärmeleitung und -übergang) 
Dr. Christoph Lehnberger

Verluste in der Leistungselektronik - Prinzipien, Abschätzung, Messung
(Abschätzung und Messung der Verluste; Tipps und Tricks zum Vermeidung von Messfehlern; Reduzierung von Verlusten durch geeignete Wahl und Konstruktion der Bauelemente)
Prof. Günter Keller, TH Deggendorf

Leiterplatten für hohe Leistungen, Ströme und Temperaturen
(Auswahlkriterien für Leiterplattentechnologien, -aufbau und -design; Material und Zuverlässigkeit von Hochtemperaturanwendungen; Steuerung von Wärmeflüssen zur Wärmeverteilung; Strombelastbarkeit auf Leiterplatten; Systemkosten-Betrachtung)
Dr. Christoph Lehnberger

Thermomanagement in LED Systemen
(Kühlsysteme; Wärmeübertragung; Einfluss auf den Wirkungsgrad von LED Systemen)
Maximilian Vogl

Optimierung thermischer Schnittstellen durch thermische Interface 
(Thermischer Pfad; Wärmeleitfolien und Wärmefilme; Dispensierbare Gap Filler; Phase Change Materialien; Grafitfolien für Wärmeleitung und Wärmespreizung)
Dr. Wilhelm Pohl

Thermografie: Möglichkeiten und Grenzen
(Strahlungsphysikalische Grundlagen; Typische Messfehler und deren Vermeidung; Detektoren und ihre Arbeitsweise; Lockin-Thermografie)
Rainer Rauschenbach

Ab 18:30 Uhr: Stadtführung und gemeinsames Abendessen
Knüpfen Sie neue Kontakte, tauschen Sie Wissen aus und lassen Sie den Seminartag zusammen mit anderen Seminarteilnehmern in gemütlicher Atmosphäre ausklingen

Tag 2, 08:30 bis 15:40 Uhr

Effizienter Einsatz von Kühlkörpern, Lüftern, Heatpipes & Co.
(Theorie: Wie man die Wärme aus den Rippen leiert; Kühlen mit natürlicher Konvektion, Ventilation oder Wasser; Design-In-Lösungen und Innovationen)
Dr. Christoph Lehnberger

Hochtemperaturelektronik im Kfz 
(Einbauorten und Verlustleistung; Temperatur und Zuverlässigkeit: Testdesign und Testverfahren; Grenzen von Komponenten und Verbindungstechnik)
Dr. Thomas Riepl

Zuverlässigkeit der Aufbau- und Verbindungstechnik
Dr. Thomas Riepl

Wärme- und Strömungssimulation in der Produktentwicklung
(Frühzeitige Konzeptentwicklung; Sinnvolle Komplexitäten; Try&Error vs. „Just One Physical Prototyp“)
Sven Klett

Erfolgreiches Löten von Power-Leiterplatten
(Anforderungen an das Layout und im SMT Bereich; Erkennen und Vermeiden von Voids)
Thomas Mückl

Thermoelektrik - Coole Sache oder heißes Eisen?
(Grundlagen, mechanischer Aufbau, Fertigung; Luft- und Wassergekühlte Peltiersysteme; Simulation von Peltierelementen)
Sven Klett

  

Zielsetzung

Entwickler von Hochstrom- und Leistungselektronik werden in die Lage versetzt, Wärmewiderstände zu erkennen, Wärmeströme zu planen und gezielte Maßnahmen zur Elektronkkühlung zu ergreifen, indem geeignete Materialien, Designs und Konstruktionen kombiniert werden. Der konkrete praktische Nutzen der Thermosimulation wird ebenso demonstriert wie der Aufbau von Hochleistungsbaugruppen. Praxisnahe Beispielanwendungen geben hilfreiche Hinweise für eigene Projekte.

Teilnehmerkreis

  • Entwickler,  Konstrukteure, Ingenieure und Physiker aus den Bereichen Elektronikentwicklung, Systementwicklung, Strategische Planung, Vorausentwicklung
  • Elektronikdesign, Layout, Elektronikentwicklung, Hardwareentwicklung, Flachbaugruppen, Leistungselektronik, Elektromobilität

Weiterführende Links zu "Entwärmungskonzepte für die Leistungselektronik"

Referenten

Prof. Dr.-Ing. Günter Keller

Technische Hochschule Deggendorf

Herr Professor Keller beschäftigte sich am Institut für Solare Energieversorgungstechnik (ISET) im Bereich der Produktentwicklung über neun Jahre mit der Aufbereitung photovoltaischer Solarenergie. Nach seiner Berufung an die Hochschule Deggendorf trug er dort als erster Professor im Studiengang Elektrotechnik maßgeblich zur Entwicklung der Fakultät bei. Heute unterrichtet er die Fächer Grundlagen der Elektrotechnik, Elektromagnetische Verträglichkeit, Stromversorgungstechnik, Leistungselektronik und Systemtechnik erneuerbarer Energien.

Sven Klett

ELiNTER Vertriebs GmbH, Deizisau

Dr. Dipl.-Chem. Christoph Lehnberger

ANDUS Electronic GmbH, Berlin

Dr. Christoph Lehnberger ist Leiter des Bereichs Technologie und Entwicklung des Leiterplattenherstellers ANDUS ELECTRONIC GmbH in Berlin. In seiner früheren Tätigkeit in der Abteilung F+E war er als Projektmanager zuständig für Forschungs- und Entwicklungsprojekte zu neuen Leiterplattentechnologien, -materialien und -prozessen und hat sich in mehreren Projekten speziell dem Thema Entwärmung von Leiterplatten und Baugruppen gewidmet. Außerdem engagiert er sich beim Fachverband Elektronik-Design e.V. (FED) u.a. zum Thema Elektronikkühlung.

Thomas Mückl

ZOLLNER Elektronik AG, Zandt

Geschäftsführer Dr. Wilhelm Pohl

HALA Contec GmbH & Co. KG, Ottobrunn

Rainer Rauschenbach

InfraTec GmbH Infrarotsensorik und Messtechnik, Dresden

Dr. Thomas Riepl

Continental Automotive GmbH, Regensburg

Maximilian Vogl

Osram GmbH, Herbrechtingen

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