Effektiver kühlen. Mit Wärmespreizern von Plansee.

Immer höhere Leistungsdichten in immer kleineren elektronischen Bauelementen sind eine große Herausforderung für das Wärme­­management. Unzureichende Kühlung beeinträchtigt die Zuverlässigkeit von Halbleiterelementen. Die Ursache für das Versagen von elektronischen Bauteilen sind häufig Schädigungen durch eine zu hohe Betriebs­temperatur oder andere thermische Einfluss­faktoren, wie z.B. mechanische Beanspruchungen infolge von Temperaturdifferenzen.

Molybdän-Kupfer Laminat zur Wärmeabfuhr

Elektronische Bauteile werden mit Substraten und Basisplatten verbunden, die die entstehende Wärme abführen können. Nur wenige Werkstoffe haben die nötige thermische Leitfähigkeit und die passende thermische Ausdehnung für eine zuverlässige Wärmeabfuhr in elektronischen Bauteilen. Das Bild zeigt den prinzipiellen Aufbau eines hermetisch geschlossenen, elektronischen Packages.

Thermal Management Chip

Wir haben die passenden Werkstoffe.

Unsere MoCu- und WCu-Verbund­werkstoffe sowie unsere mehr­lagigen Mo/Cu-Laminate führen Wärme in Elektronik­bauteilen zuverlässig ab und sorgen unter anderem in Hochleistungs­transistoren, wie z.B. IGBT-Modulen oder RF-Verstärkern, aber auch in Leuchtdioden für Kühlung. Unsere Werkstoffe vereinen die geringe Wärme­ausdehnung von Molybdän und Wolfram mit der guten Wärme­leitfähigkeit von Kupfer. Die genaue Zusammensetzung dieser Verbund­werkstoffe haben wir optimal an Halbleiter­werkstoffe auf Basis von Silizium, GaAs und GaN angepasst. Ausfälle auf Grund von thermisch induzierten mechanischen  Schädigungen oder Überhitzung können deshalb mit unseren Werkstoffen vermieden werden.

Zuverlässige Hitzesenken für Ihre Leistungshalbleiter.

Ender Cetin erklärt, wie die Material­eigen­schaften unserer Produkte die Hitze­abfuhr in elektronischen Bau­teilen verbessern.

MoCu-Verbundwerkstoffe

MoCu30

Die MoCu-Verbundwerkstoffe bestehen aus hochreinem Molybdän das mit 30 Gew% OF-Kupfer durchsetzt ist. Dadurch wird eine höhere Wärmleitfähigkeit und geringere Dichte im Vergleich zu reinem Molybdän erreicht. Deshalb sind unsere MoCu-Verbundwerkstoffe besonders dort geeignet, wo hohe Leistungsdichten auftreten aber auch jedes Gramm Gewicht zählt. Zum Beispiel in der Luftfahrt und in der Automobilindustrie.

PMC® (Cu-MoCu-Cu) Werkstoffverbunde

PMC141

Wenn eine gute Wärmespreizung und zugleich niedrige thermische Ausdehnung erforderlich sind, empfehlen wir unsere PMC-Laminate. PMC ist ein 3-lagiger Werkstoffverbund, der einen MoCu-Kern hat und mit hochreinem OF-Kupfer plattiert ist. Das Laminat ist typischerweise in Schichtdicken im Verhältnis von 1:4:1 aufgebaut. So garantieren wir eine ausgezeichnete Verteilung und Ableitung der Wärme in LDMOS-Transistoren und anderen Anwendungen mit besonders hoher Leistungsdichte.

CMC (Cu-Mo-Cu) und SCMC (Cu-Mo-Cu-...-Cu) Werkstoffverbunde

CMC111
SCMC313-5

Bestens angepasst an die thermischen Anforderungen in der Hoch­frequenz­elektronik sind unsere Werkstoff­verbunde CMC und SCMC. Der Lagen­aufbau und die Dicke der Kupfer- und Molybdän­lagen können variiert werden, wodurch eine perfekte CTE-Anpassung an gängige Halbleiter­werkstoffe und eine sehr hohe Wärme­leitfähigkeit erreicht wird. Standard­mäßig bieten wir 3-lagige Verbunde mit gleichmäßigem Lagenverhältnis, unser CMC 111, und 5-lagige Verbunde mit unterschiedlichen Kupfer- und Molybdän­stärken, wie z.B. SCMC 313-5 an. Sollten Sie einen anderen Lagen­aufbau benötigen, können Sie gerne mit unseren Werkstoff­experten sprechen.

Fertigteile passend für Ihre Anwendung.

Wir liefern unsere Werkstoffe als Bleche, Folien, Zuschnitte und Platten oder als fertig bearbeitete Wärmespreizer, Basisplatten und Submounts. Beschichtungen schützen die Werkstoffe vor Korrosion und sind die Basis für eine perfekte Verbindung zwischen Chip und Basisplatte.

Unsere Metall-Verbundwerkstoffe im Überblick.

Die thermische Leitfähigkeit und der Wärmeausdehnungskoeffizient verschiedener Materialien im direkten Vergleich:

Wärmeleitfähigkeit verschiedener Werkstoffe
Werkstoff(Artikelname) Zusammensetzung[wt%] Dichte bei 20°C[g/cm3] Thermischer Ausdehnungs-koeffizient bei 20-150°C[10-6/K] Thermische Leitfähigkeit bei 20 °C[W/(m·K)]
Molybdän Mo 99.97% 10.2 22°C5.5/20-800°C5.7 xyz142
Wolfram W 99.95% 19.3 22°C4.5/20-800°C4.8 xyz165
MoCu Mo-30% Cu 9.7 22°C7.1/20-800°C7.8 xyz205
WCu W-10% Cu 17.1 22°C6.4 xyz195
WCu W-15% Cu 16.4 22°C7.3 xyz215
WCu W-20% Cu 15.5 22°C8.3 xyz235
Cu/Mo-30Cu/Cu(PMC) 1:4:1 /Mo-52% Cu 9.4-9.6 20-150°C7-8/20-800°C6.5-8.5 xy280/z170
Cu/Mo/Cu (CMC) 1:1:1 /Mo-66% Cu 9.320-150°C6.5/20-800°C6.6 xy305/z>220
Cu/Mo/Cu/.../Cu(S-CMC)3:1:3:1:3 /Mo-80% Cu9.2 20-150°C8.1/20-800°C7.5 xy350/z>250

 

Sie haben einen speziellen Wunsch? Sprechen Sie mit uns. Wir liefern Ihnen gerne maßgeschneiderte Werkstoffzusammensetzungen.

Werkstoffeigenschaften im Detail.

Die Auswahl von Werk­stoffen mit geeigneten physikalischen Eigen­schaften ist der Schlüssel für die Lang­lebigkeit und Zuverlässigkeit von elektronischen Bau­gruppen. Von besonderer Bedeutung für den Werk­stoff der Basis­platte ist hierbei der thermische Ausdehnungs­koeffizient. Dieser lässt sich mit unseren Werkstoffen maß­geschneidert an die Anforderungen von Halbleiter und Package anpassen.

Ausdehnungskoeffizient

Typische Werte, GaN Einkristall vom Institue of High Pressure Physics - Unipress zur Verfügung gestellt.
CTE = Wärmeausdehnungskoeffizient

Neben der thermischen Werkstoffausdehnung spielt die Wärmeleitfähigkeit eine kritische Rolle. Die Verwendung von Mo/Cu-Werkstoffverbunden erhöht die Wärmeleitfähigkeit deutlich gegenüber reinem Molybdän.

Thermal Conductivity
Typische Werte.

In der folgenden Tabelle sind typische Werte für Streckgrenze (Rp0,2) und Zugfestigkeit (Rm) aufgeführt. Die genauen Eigenschaften hängen vom Behandlungszustand des Materials ab.

MaterialRp0,2[MPa]Rm[MPa]
MoCu30> 650< 750
PMC 141> 600< 700
CMC 111> 400< 410
SCMC 612-5> 380< 400

Illustration des Wärmeflusses.

Die Wichtigkeit der Werkstoffauswahl veranschaulichen die folgenden Simulationen. Als Wärmequelle wurde ein GaN-Chip (Ausgangsleistung 240 W, gepulster Betrieb), der mit einem AuSn20-Lot auf die Wärmesenke gelötet wurde, angenommen.

Simulation Heat-Sink-Materials
Simulation Heat sink materials
MoCu30
Simulation Heat sink materials
CMC 111
Simulation Heat sink materials
SCMC 612-5

Wo unsere Werkstoffe für Sie im Einsatz sind.

Unsere Basisplatten und Wärme­spreizer finden Sie in Bauteilen für die Opto­elekronik, in Hoch­frequenz­anwendungen und in der Hochleistungs- und Mikroelektronik. Die wichtigsten Anwendungen unserer Werkstoffe sind zum Beispiel:

  • Si LDMOS Transistoren
  • GaN/GaAs HEMT Transistoren
  • HPA und MMIC in Radaranwendungen
  • Funk-Basisstationen in der Telekommunikation
  • Laserdioden, Kristall-Trägerplatten für Festkörperlaser
  • Hochleistungs-LEDs, Multi-Emitter-LEDs
  • IGBT Module für elektrische Automobil­antriebe (EV/HEV) und stationäre Trans­formatoren

Lassen Sie uns auch Ihre Anwendung wissen: Ob Cu/Mo/Cu (CMC), Cu/MoCu/Cu (PMC®), MoCu, WCu oder reines Molybdän und Wolfram - wir beraten Sie gerne bei der Werkstoffauswahl.

Ihr persönlicher Kontakt
Ihre Kontaktperson für:
Jim Palombo
Rufen Sie mich an:
+1 508 918 1230
oder senden Sie mir ein E-Mail:
jim.palombo@plansee.com
Jim Palombo