Aluminiumgraphit – leichter als Metall, stärker als Graphit

Aluminiumgraphit ist dann die richtige Wahl, wenn zumindest zwei der unten genannten Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden müssen, die konventionelle Werkstoffe einzeln, aber nicht gemeinsam bieten: 

Wärme muss schnell und gleichmäßig abgeführt werden

Aluminiumgraphit überträgt Wärme schneller als Aluminium und Kupfer – wie eine vergleichende Heizkurve zeigt, erreicht ALG die Betriebstemperatur früher und verteilt sie gleichmäßiger über die Bauteilfläche.

Der Werkstoff muss sich thermisch ähnlich wie Halbleitermaterialien und Keramik-Substrate verhalten

Der CTE von Aluminiumgraphit ist gut auf die der häufig verwendeten Materialien in Elektronikbaugruppen abgestimmt. Kupfer dehnt sich dagegen deutlich stärker aus – und erzeugt bei jedem Temperaturwechsel Spannungen an den Verbindungsstellen, die langfristig zur Delaminierung führen.

Das Bauteil muss so leicht wie möglich sein

In der Dichte liegt der klarste Vorteil: Aluminiumgraphit wiegt weniger als 2,5 g/cm³ – Kupfer fast 9 g/cm³ und CuW sogar 15,6 g/cm³. Für alle gewichtskritischen Anwendungen ist das ein strategischer Vorteil. 

Aluminiumgraphit kommt überall dort zum Einsatz, wo Wärme aus einem Halbleiter schnellstmöglich und zuverlässig abgeführt werden muss – und wo gleichzeitig das thermische Ausdehnungsverhalten des Substrats zur Lebensdauer der gesamten Baugruppe beiträgt. Schunk Carbon Technology hat den Schwerpunkt dabei bewusst auf die Mikro- und Optoelektronik gesetzt: Leistungsverstärker, Umrichter, Laser und Hochfrequenzanwendungen, wo die technischen Anforderungen wesentlich strenger sind. Weitere Zielbranchen sind Aerospace und Telekommunikation. 

Baseplates

Aluminiumgraphit-Baseplates bilden die thermische Schnittstelle zwischen der Kühlstruktur und dem Halbleiter. Da der Halbleiter in der Regel nicht direkt auf die Baseplate, sondern über eine Keramik oder einen Interposer montiert wird, ist der CTE-Match hier weniger kritisch als bei direkter Halbleitermontage. Entscheidend sind die hohe Wärmeleitfähigkeit für schnelle Wärmeabfuhr sowie die mechanische Stabilität und Planheit über viele Temperaturzyklen. ALG2208 ist hier die bevorzugte Güte – sie bietet mit bis zu 220 W/m.K in x/y-Richtung die schnellste Wärmeübertragung und behält ihre Planheit auch nach vielen Löt- und Sinterzyklen. 

Interposer

Bei Interposern wird der Halbleiter direkt auf das Aluminiumgraphit-Bauteil montiert – ohne Keramik als Puffer dazwischen. Hier ist der CTE-Match zum Halbleitermaterial kritisch: Jede Differenz in der thermischen Ausdehnung erzeugt bei jedem Lastzyklus mechanische Spannungen an der Verbindungsstelle, die sich zur Thermo-Ermüdung akkumulieren. Aluminiumgraphit mit seinem auf Halbleitermaterialien abgestimmten CTE minimiert diese Spannungen und verlängert die Lebensdauer der Verbindung nachweislich – besonders relevant in Aerospace- und Hochfrequenzanwendungen, wo Bauteilversagen keine Option ist. 

Heatsinks

Aluminiumgraphit-Heatsinks kombinieren hohe Wärmeleitfähigkeit mit geringem Gewicht und einem CTE, der direkt auf das montierte Bauelement abgestimmt wird. Wie bei Interposern erfolgt die Halbleitermontage direkt – CTE-Anpassung ist daher ebenso kritisch. Besonders in mobilen Anwendungen wie der Luft- und Raumfahrt, Telekommunikation und portablen Hochleistungssystemen spielt die geringe Dichte von unter 2,5 g/cm³ eine entscheidende Rolle: Aluminiumgraphit-Heatsinks bieten eine thermische Performance, die Kupfer übertrifft – bei einem Bruchteil des Gewichts. 

Aluminiumgraphit lässt sich ohne teure Spezialwerkzeuge spanend bearbeiten. Komplexe Geometrien mit dünnen Stegen, Radien, Fasen, Bohrungen, Sockeln und Kavitäten sind mit engen Maßtoleranzen realisierbar. 

Hybridlösungen, die Aluminiumgraphit mit Metallkomponenten kombinieren, sind möglich – etwa wenn Bauteile mit unterschiedlichem Ausdehnungsverhalten gefügt werden sollen oder wenn zusätzlicher Druck im Fügeprozess benötigt wird. Data Matrix Codes für vollständige Rückverfolgbarkeit können aufgebracht werden.