Thermisches Interface

Mythen und Legenden über Wärmeleitmaterialien

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Der Aufbau des Halbleiter-Vergleichtests

Der Aufbau bestand aus sechs gleichen Einheiten und lieferte über eine Versuchsdauer von acht Monaten Ergebnisse bezüglich der Chiptemperatur.

Die Erwartungshaltung ist, dass ein Wärmeleitmaterial mit höherer Leitfähigkeit zu einem geringeren Temperaturhub am Chip und damit zu höherer Lebensdauer führt. Aus dem acht Monate laufenden Versuch gehen täglich ermittelte Maximaltemperaturen innerhalb der Halbleiter hervor. Als Endergebnis ist für jedes Material die aus den Maximalwerten gemittelte Größe festgehalten. Bild 2 fasst die Ergebnisse des Belastungstest zusammen in dem jeder Halbleiter über 100.000 Lastzyklen ausgesetzt war.

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Das Diagramm verdeutlicht sehr eindrucksvoll, dass es keinen Zusammenhang zwischen der erreichten Chiptemperatur und dem Datenblattwert für Leitfähigkeit gibt. Das Material mit der höchsten Leitfähigkeit erreicht das schlechteste Ergebnis. Gleichzeitig erzielen Materialien die um einen Faktor 10 auseinander liegen ähnliche Ergebnisse. Eine Bewertung der thermischen Qualität eines Wärmeleitmaterials auf Basis der Datenblattwerte ist somit unmöglich.

Der Grund für diese Tatsache ist in den Beschreibungen zu suchen, nach denen dieser Datenblattwert zu bestimmen ist. Die Vorgaben der Norm ASTM5470-12 sehen hier einen Aufbau vor, dessen Eigenschaften nicht zu der Applikation von Leistungshalbleitern passen und eher die Situation von Prozessoren und diskreten Bauelementen beschreiben.

Oberflächenstrukturen und Andruckkräfte die durch Schraubverbindungen entstehen bleiben ebenso unberücksichtigt wie die Tatsache, dass ein großer Teil des Wärmeflusses über Metall-Metall-Kontakte, insbesondere Schrauben, abfließen kann.

Andere wichtige Parameter, die das Fließverhalten oder die Benetzungsfähigkeiten von Wärmeleitmedien beschreiben fehlen in den Dokumentationen oder lassen sich gar nicht in vergleichbare Zahlenwerte fassen. Dem Entwickler bleibt als einzige Möglichkeit, das in Frage kommende Material in seinem eigenen Aufbau zu integrieren und ausgiebig zu untersuchen.

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