Beim BMBF-Projekt „CooLED“ arbeitet das Fraunhofer IZM Hand in Hand mit zwei führenden Industriepartnern. Einer davon ist die CeramTec GmbH, die neuartige Wasserkühler aus Aluminiumnitrid liefert, die im Strangpressverfahren hergestellt werden. Hier legt das Fraunhofer IZM in Oberpfaffenhofen die Kühlung thermisch und fluidisch aus und bestückt den Kühlkörper unter Einsatz neuer Verbindungstechniken mit LEDs. Als zweiter wichtiger Industriepartner fertigt Excelitas Technologies (ehem. PerkinElmer Elcos GmbH) abschließend das funktionsfähige LED-Modul mit elektrischen und fluidischen Schnittstellen und optischem Verguss.

Anders als bei konventionellen LED-Modulen werden in diesem Projekt elektrische in optische Energien mit bis zu 600 Watt auf engstem Raum umgesetzt, so dass besondere Herausforderungen an die Entwärmung gestellt sind. Das Fraunhofer IZM hat entsprechende Materialdaten zusammengestellt und die Spezifikationen von und an Ceramtec festgelegt. Auf dieser Basis wurde ein produzierbares Modell erstellt, das nicht nur den Anspruch einer generellen Entwärmung erfüllt, sondern auch eine homogene Temperaturverteilung berücksichtigt. Auch die thermische Charakterisierung der Module erfolgte am IZM mit Hilfe der IR-Thermografie und elektrischer Junction-Temperaturmessung. Da eine Bestimmung der Junction-Temperatur über den Wellenlängenshift im UV nicht präzise genug ist, wurde eigens ein Messaufbau entwickelt, der die Temperatur über die Vorwärtsspannung mit einer Genauigkeit bestimmt, die weniger als ein Grad Celsius abweicht. 

Die hohen Leistungsdichten bei der Entwärmung des LED-Chips stellen auch die konventionelle Klebetechnologie für den Diebond in Frage, auch hier ist das Fraunhofer IZM neue Wege in den Löt- und Sintertechnologien gegangen. Vor allem die hohen Anforderungen an die Platziergenauigkeit stellen eine besondere Herausforderung dar, sodass auch Techniken zum kollektiven Bonden entwickelt wurden. Neben den eigentlichen Projektzielen erreichte das Fraunhofer IZM weitere Erfolge in der Qualifizierung von zugekauften und von den Projektpartnern hergestellten Komponenten sowie bei der experimentellen Abschätzung der Verwendbarkeit der neuen Verbindungstechnologien für konventionelle Produkte.

Über den gezeigten Langkühler hinaus wurden für eine zweite quadratische Modulvariante der Kühlkörper und die AVT entwickelt. Bei dieser Variante ist mit 400 LEDs (~1200 Watt) auf 16 cm² eine noch höhere Leistungsdichte gegeben.