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SMD bestückbare Temperaturbrücken - Thermal Jumpers

Ein Teil der Elektronikentwicklung beinhaltet das thermischen Verhaltens von Schaltungen und einzelnen Bauelementen. Um einzelne Komponenten oder das System zu kühlen, kann eine aktive oder passive Kühlung eingesetzt werden. Unter der aktiven Kühlung wird der Einsatz von Komponenten, welche eine eigene Spannungsversorgung benötigen und aktiv auf die Umgebung einwirken, wie zum Beispiel ein Lüfter, verstanden. Die passive Kühlung beinhaltet im Gegensatz dazu eine Wärmesenke über welche die Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Darunter fallen große Kupferflächen oder Kühlkörper, welche eine möglichst große Oberfläche aufweisen. Beim Design einer solchen passiven Kühlung kann ein Thermal Jumper helfen.
 

Anwendungsbeispiel Testboard Transistor mit Wärmebild (TT Electronics)

Thermal Jumper sind aus einer Aluminiumnitridkeramik (AIN-Keramik) gefertigt. Diese Keramik weißt eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, welche je nach Verarbeitung größer180 W/(mK) beträgt. Sie ist jedoch elektrisch nicht leitend, bzw. weißt sehr hohe elektrische Isolationseigenschaften auf. Diese Materialeigenschaft ermöglicht es mit Thermal Jumpern thermisch leitende, aber elektrisch Isolierende Verbindung auf der Platine zu konstruieren.

Materialeigenschaften AIN-Keramik

  • Wärmeleitfähigkeit: > 200 W/mK
  • elektrische Isolation: > 1,1012Ωcm
  • Druckfestigkeit: 2100 MPa
  • Biegefestigkeit: 310 MPa
  • Dichte: 3,2 g/cm³
  • max. Anwendungstemp.: 1000°C

Anwendungsbeispiele

Die elektrisch leitende Kontaktflächen von Power Transistoren können an Kühlflächen angeschlossen werden, die sich direkt auf der Platine befinden (links unten). Die Wärme, welche über die Pins von Induktivitäten an die Leiterbahn abgeben wird, kann mit Hilfe des Thermal Jumpers zu einer Wärmesenke abgeleitet werden (Bild rechts unten). Der Thermal Jumper stellt dabei eine sichere elektrische Trennung dar, welche aufgrund der AIN-Keramik elektrisch als „open“ betrachtet werden kann. Jedoch dürfen Luft und Kriechstrecken nicht außer Acht gelassen werden, so dass ein Funkenübersprung zwischen den elektrisch leitenden Anschlüssen (Pins) ausgeschlossen ist.

Nebeneffekte

Mit der Haupteigenschaft der hohen thermischen Leitfähigkeit gibt es zwei Begleiterscheinungen im Design zu berücksichtigen.

Während des Lötprozesses ist es notwendig die Lötstelle ausreichend zu erwärmen um das Lot zu schmelzen. Für eine gute Kühlung wird jedoch eine große Oberfläche benötigt. Diese ist schwieriger zu erwärmen während des Lötprozesses. Zusätzlich ist es ratsam für eine gute Wärmeleitfähigkeit, die Verbindungen von der Lötstelle zur Temperatur Senke (große Oberfläche) auf der Leiterplatte als Fläche auszulegen. Diese beiden Sachverhalte erschweren dadurch den Lötprozess. Hier gilt es den passenden Kompromiss zu finden. Eine Möglichkeit ist es (Bild oben links) eine mechanische Anbindung zur großen Kühlfläche zu konstruieren. Beim Lötprozess hat nur die kleine Kupferfläche einen Einfluss, was es einfacher macht die Lötstelle zu erwärmen. (Die mechanische Anbindung im Beispiel, wird hier durch eine Schraube, nach dem Lötprozess realisiert).

Bei einer Anbindung zu Ground Potentialen sollte der Ableitstrom bei höheren Frequenzen beachtet werden. Eine erste Abschätzung lässt sich durch eine einfach Berechnung mit der Formel I = 2 π f C U durchführen. Die Eigenkapazität des Bauelements (Thermal Jumper) ist aus dem Datenblatt zu entnehmen. Um wirklich sicher zugehen sollte jedoch eine Messung am Prototypen durchgeführt werden.

Applikationen

  • Für "Hot Spot" Reduzierung in kompakten und dichten Leistungsschaltungen designs
  • Stromversorgungen
  • Leistungsverstärkern
  • HF Verstärker
  • Kühlung Laserdioden

Hauptmerkmale

  • Thermischer Widerstand min. 4,6°K/W
  • Thermisch Leitfähigkeit bis 218mW/°K
  • Fünfmal so hohe thermische Leitfähigkeit wie Aluminiumoxid (Tonerde, Al2O3)
  • Kapazität min. 0,05pF
  • Bauformen 0603 bis 2512
  • Höhere thermische Leitfähigkeit wie 70µ Kupfer bei gleichem Footprint

Anwendernutzen

  • Flexible SMD-Bestückbarkeit
  • Geringer thermscher Widerstand kühlt die Elektronik und verbessert die Produktzuverlässigkeit
  • Einfache Anbindung im PCB integrierter und realisierter Kühlflächen
  • Option zur Vermeidung kostenintensiver aktiver Kühlungen

Datenblatt TCJ Serie
 

Verfügbare Muster

Artikelnummer Beschreibung Hersteller Stückzahl
WEL_TJC.jpg TJC0508LF-M Thermal Jumper SMD 0508, Muster Datenblatt TT Electronics 100 Muster anfordern
WEL_TJC.jpg TJC0603LF-M Thermal Jumper SMD 0603, Muster Datenblatt TT Electronics 50 Muster anfordern
WEL_TJC.jpg TJC0805LF-M Thermal Jumper SMD 0805, Muster Datenblatt TT Electronics 50 Muster anfordern
WEL_TJC.jpg TJC1206LF-M Thermal Jumper SMD 1206, Muster Datenblatt TT Electronics 50 Muster anfordern
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