Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZMThermal Management
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.