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www designelektronik de DESIGN&ELEKTRONIK 11 2020 13Alle Bilder CUI Devices Wärmemanagement Elektromechanik Zuverlässigkeit von Peltier-Modulen Weil sie die Temperatur präzise regeln können und auf Halbleitertechnologie basieren werden Peltier-Module immer beliebter zumal sie im Gegensatz zu Lüftern keine beweglichen Teile haben Dennoch gibt es einiges zu beachten damit diese Entwärmungskomponenten zuverlässig arbeiten Ryan Smoot Technical Support Engineer bei CUI Devices Peltier-Module oder thermoelektrische Kühler TEC übertragen Wärme von ihrer einen Seite auf die andere sobald eine elektrische Spannung angelegt wird Obwohl ihre Zuverlässigkeit davon profitiert dass sie keine beweglichen Teile aufweisen gibt es immer noch mehrere Faktoren die ihre Leistungsfähigkeit beeinträchtigen können Im Folgenden daher ein Überblick über den grundlegenden Aufbau von Peltier-Modulen und allgemeine Faktoren die sich auf die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit auswirken Im Grunde bestehen Peltier-Module aus positiv und negativ dotierten HalbleiterPellets zwischen zwei elektrisch isolierenden aber wärmeleitenden Keramikplatten Bild 1 Auf der Innenfläche jeder Keramikplatte befinden sich ein Leiterbahnmuster mit denen die Halbleiterpellets verlötet sind Die Pellets werden dann so konfiguriert dass sie mechanisch parallel und elektrisch in Reihe geschaltet sind Die elektrischen Reihenschaltungen ergeben die gewünschten thermischen Effekte während der mechanische Aufbau dazu führt dass Wärme von der kalten Seite der Keramik aufgenommen und von deren heißen Seite abgegeben wird Detailliertere Informationen über die Funktion und den Aufbau eines Peltier-Moduls bietet 1 ■ Typische Ausfallmechanismen Der häufigste Ausfallmechanismus eines Peltier-Moduls sind Risse in den Halbleiterpellets oder Lötstellen verursacht durch Scherund Zugspannung mechanische Druckkräfte Wärmezyklen oder Verunreinigungen In diesen Fällen steigt der elektrische Serienwiderstand des Moduls und der thermische Wirkungsgrad sinkt Zwar breiten sich diese Brüche zunächst nicht über den gesamten Bereich der Pellets oder Lötstellen aus können sich aber schlussendlich weiter ausbreiten und dazu führen dass das Modul vollständig ausfällt Wie aber kommt es zu diesen mechanischen Beanspruchungen? Der übliche Einsatz eines Peltier-Moduls beginnt mit dem Platzieren der kalten Seite auf einem zu kühlenden Objekt gefolgt von einem Kühlkörper auf der heißen Seite um die Wärme abzuführen Bild 2 Dabei können große Scheroder Zugkräfte über das Modul hinweg auftreten sofern keine mechanische Struktur verwendet wird um das zu kühlende Objekt und den Kühlkörper zu unterstützen Werden das Objekt und der Kühlkörper einfach ohne zusätzliche Unterstützung an den Keramikplatten befestigt kann das Peltier-Modul unter diesen Kräften brechen oder versagen Bild 3 Da ein Peltier-Modul den großen Druckkräften von Klemmen standhalten kann lassen sich Spannungen und