Entwicklungsbegleitende Beratung

Thermal Management

© Foto Fraunhofer IZM

Für den zuverlässigen Betrieb auch bei hohen Verlustleistungen, hohen Wärmestromdichten und Umgebungstemperaturen ist ein sorgfältiges Thermisches Management erforderlich.

Fragestellung sind häufig:

  • Leistungsmodule: Gute Ankontaktierung an die Wärmesenke zur Ableitung der hohen Verlustleistung bei gleichzeitiger Sicherstellung der elektrischen Isolation
  • Smart Power Module: Minimierung des thermischen Widerstands des gemoldeten Packages zum Betrieb bei erhöhten Umgebungstemperaturen
  • LED: Gute Wärmespreizung möglichst nahe der Wärmequellen mit guter thermischer Ankontaktierung an die Wärmesenken

Die Werkstoffdaten wie Wärmeleitung und Wärmekapazität können bei Bedarf bestimmt werden. Dabei sind insbesondere die Thermischen Interface Materialien (TIM) von Bedeutung, deren Eigenschaften am Fraunhofer IZM in Abhängigkeit von der Kontaktkraft und des Weges gemessen werden können.

Die thermische Simulation erfolgt je nach Bedarf statisch oder transient, um die Wärmekapazität der Materialien bei schnellen Schaltvorgängen auszunutzen. Die im Package auftretenden Verlustleistungen können auch durch eine elektrisch-thermische Simulation berechnet werden.

Neben der Berechnung der Wärmeleitung im Package müssen auch die Kühlungsrandbedingungen berücksichtigt werden. Mit Ansys ICEPAK/CFX werden Wasser- und Luftkühlungen für einzelne Packages und Gehäuse simuliert und optimiert.

Mit IR-Thermographie kann das statische und transiente Verhalten von Produkten und Materialien charakterisiert und der thermische Widerstand bzw. die thermische Impedanz Rth / Zth an Aufbauten direkt verifiziert werden.

Weitere Leistungsangebote im Bereich Entwicklungsbegleitende Beratung

Thermische und mechanische Charakterisierung von Werkstoffen

Bestimmung mechanischer und thermischer Kenngrößen für Werkstoffe der Mikrosystemtechnik. Berücksichtigung von Umweltbedingungen (z. B. Feuchte und Temperatur).

Thermische Charakterisierung

Temperaturmessung an Aufbauten mit IR-Thermografie und hochgenauen Sensoren z. B. zur Messung der Temperaturverteilung, Hot Spot Temperatur sowie Messung von Rth und Zth.

Bewertung der Zuverlässigkeit mit FEM

Mittels Finite-Elemente-Analyse können einzelne Verbindungstechniken und komplexe Packages im Hinblick auf Fertigungsqualität sowie Zuverlässigkeit und Lebensdauer in der Anwendung bewertet und optimiert werden.