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Schon kleine Abweichungen beim Auftrag von Wärmeleitpaste führt zu schleichendem Effizienzverlust in Stromrichtern
Aktuelle Zuverlässigkeitsbewertungen industrieller Stromrichter-Systeme deuten darauf hin, dass Unregelmäßigkeiten bei der Anwendung von Wärmeleitmaterialien (TIM) messbare Effizienzverluste und eine langfristige thermische Degradation verursachen können. Obwohl Wärmeprobleme häufig auf die Schaltungsanordnung oder die Lastbedingungen zurückgeführt werden, identifizieren Entwickler zunehmend die Ursache innerhalb der Kühlkörperbaugruppe selbst.
Laut Felddaten aus verschiedenen Fertigungsumgebungen können Abweichungen in der Pastendicke und -verteilung zu thermischen Widerstandsunterschieden von lediglich 0,1 K/W führen, was im Laufe der Zeit zu einer allmählichen Leistungsdrift führen kann. Diese Abweichungen sind bei ersten Tests möglicherweise nicht erkennbar, können sich jedoch bei kontinuierlichen Temperaturwechseln summieren.
Häufige Faktoren, die dazu beitragen, sind:
- Zu viel oder zu wenig Wärmeleitpaste
- Ungleichmäßige Verteilung auf den Kontaktflächen
- Unpassende oder falsch ausgerichtete Isolationsfolien
„Das sind kleine Fertigungsschritte, aber sie haben Auswirkungen auf Systemebene“, so die an der Analyse beteiligten Fachleute von Diotec. „Ein stabiler Wärmepfad hängt nicht nur von der Auswahl der Komponenten ab, sondern auch von der Eigenschaft der Grenzfläche zwischen ihnen und dem Kühlkörper.“
Diotec führte einen eindrucksvollen Vergleich an Power-Schottky-Dioden durch, die einem Hochtemperatur-Sperrspannungstest (HTRB) unterzogen wurden. Ohne Wärmeleitpaste zwischen den Bauteilen und dem Kühlkörper traten nach nur 135 Stunden 36 von 77 Ausfälle auf, wobei Ir in ein thermisches Weglaufen überging. Bei korrekt aufgetragener Wärmeleitpaste gab es 0 von 77 Ausfälle, und Ir erreichte über 1.000 Stunden stabile Werte.
Diese Ergebnisse unterstreichen ein allgemeineres Prinzip in der Leistungselektronik: Die Zuverlässigkeit wird nicht nur durch die verwendeten Bauteile oder das Design bestimmt, sondern auch durch die (thermischen) Schnittstellen, die das System mit seiner Umgebung verbinden.