Refine
Document Type
Keywords
- CFD (3)
- transient (2)
- Chip (1)
- Flip (1)
- Flip-Chip (1)
- Kabel, PSPICE, thermo-elektrisch, transient (1)
- MOSFET (1)
- PSPICE (1)
- SPICE (1)
- Thermal Test Chip (1)
Institute
Die Konzentration von elektronischen und mechanischen Komponenten auf einer Leiterplatte (z.B. Main board) nimmt ständig zu. Dies führt zu höheren Verlustleistungsdichten und somit zu strengeren Anforderungen an das thermische Management. In momentanen und zukünftigen luftgekühlten Anwendungen wird, neben der reinen konduktiven Interaktion zwischen elektronischen Komponenten über die Leiterplatte, zukünftig auch die fluidische Interaktion der natürlichen und forcierten Konvektion während des Leiterplattendesigns mit zu berücksichtigen sein. Der Schaltkreisentwickler benötigt hier zusätzliche Informationen über die thermo-fluidisch gekoppelten Einflüsse zwischen den kritischen wärmedissipierenden Komponenten sowie fluidischer Überlagerungen in Folge anderer angrenzender Komponenten oder mechanischer Komponentengehäuse. In der Vergangenheit wurden zahlreiche Benchmark-Studien zu konvektiven und konduktiven thermischen Interaktionen für verschiedene kommerziell erhältliche mikroelektrische Gehäusetypen veröffentlicht. Heutzutage hat sich die Flip-Chip (FC) Aufbautechnologie von ungehäusten Chips (bare dies) etabliert. Von daher besteht der Bedarf für eine thermische Benchmark Studie für FC Aufbauten. Die vorliegende Studie untersucht die natürlichen und forcierten thermo-fluidischen Einflüsse zwischen ungehäusten FC’s und anderen Komponenten, welche auf mehreren Testleiterplattendesigns aufgebaut und mit der CFD-Simulation verglichen wurden. Ein Vergleich der ersten analysierten Scenarios zeigt eine nachvollziehbare Übereinstimmung zwischen den experimentellen und den Simulationsergebnissen.
This paper deals with the development of an innovative test stand for the measurement of thermal and electrical conductivity of metals, semiconductors, highly conductive die attaches and substrates using the steady state technique for thermal characterization and four-terminal sensing with pulse delta technique for electrical characterization. We present a systematic study of sintered silver in order to investigate the influence of sintering conditions on thermal and electrical properties. Several
sintered silver samples have been prepared under sintering temperature variation between 200°C and 270°C and sintering
pressure variation between 5 MPa and 25 MPa. The characterization results diversify up to 200% for thermal conductivity and up to 330% for electrical conductivity. The Wiedemann-France law describes the relationship between electrical and thermal conductivities for bulk metals. We proved that this law applies not only for bulk metal but also for porous sintered metal.
Die Konzentration von elektronischen und mechanischen Komponenten auf einer Leiterplatte (z.B. Main board) nimmt ständig zu. Dies führt zu höheren Verlustleistungsdichten und somit zu strengeren Anforderungen an das thermische Management. In momentanen und zukünftigen luftgekühlten Anwendungen wird, neben der reinen konduktiven Interaktion zwischen elektronischen Komponenten über die Leiterplatte, zukünftig auch die fluidische Interaktion der natürlichen und forcierten Konvektion während des Leiterplattendesigns mit zu berücksichtigen sein. Der Schaltkreisentwickler benötigt hier zusätzliche Informationen über die thermo-fluidisch gekoppelten Einflüsse zwischen den kritischen wärmedissipierenden Komponenten sowie fluidischer Überlagerungen in Folge anderer angrenzender Komponenten oder mechanischer Komponentengehäuse. In der Vergangenheit wurden zahlreiche Benchmark-Studien zu konvektiven und konduktiven thermischen Interaktionen für verschiedene kommerziell erhältliche mikroelektrische Gehäusetypen veröffentlicht. Heutzutage hat sich die Flip-Chip (FC) Aufbautechnologie von ungehäusten Chips (bare dies) etabliert. Von daher besteht der Bedarf für eine thermische Benchmark Studie für FC Aufbauten. Die vorliegende Studie untersucht die natürlichen und forcierten thermo-fluidischen Einflüsse zwischen ungehäusten FC’s und anderen Komponenten, welche auf mehreren Testleiterplattendesigns aufgebaut und mit der CFD-Simulation verglichen wurden. Ein Vergleich der ersten analysierten Scenarios zeigt eine nachvollziehbare Übereinstimmung zwischen den experimentellen und den Simulationsergebnissen.
Aufbauend auf dem bereits einführten transienten thermo-elektrisch gekoppelten Makromodell für ein ein-adriges Stromkabel wird die Adaption auf ein zwei-adriges Stromkabel, sowie deren Verifikation mittels Experiment und einer Finite-Elemente-Simulation vorgestellt. Das parametrische Makromodell ist für den Einsatz in einem Schaltungssimulator wie z.B. PSPICE geeignet. Die Verifikation der statischen und transienten Simulationsergebnisse zwischen ANSYS, PSPICE und Experiment zeigen, je nach den äußeren Randbedingungen eine gute Übereinstimmung. Sowohl mit dem ein-adrigen als auch dem erweiterten zwei-adrigen Makromodell ist es möglich, auf Systemebene schnell für verschiedene thermische Randbedingungen und Kabelgeometrien zu modellieren und somit eine zeitsparende, transient gekoppelte thermo-elektrische Simulation je nach den Randbedingungen des Einbauorts durchzuführen. Hierbei unterstützt die parametrische Modellierung eine Beschreibung der "realen thermischen" Montagebedingungen (z.B. in einem Auto – Motorraum, Fahrzeuginnenraum). Es ermöglicht dem Entwickler sich einen schnellen Überblick über die thermischen Einflüsse und Temperaturen entlang des Stromkabels zu verschaffen und so z.B. bei der Kabelauslegung hinsichtlich Größe und Gewicht (Kupfer Durchmesser, verwendetes Isoliermaterial) sowie dem Einbauort (Wärmeleitung, Konvektion, Strahlung) dieses zu optimieren.
Für ein zunächst einadriges Stromkabel wird ein transientes thermo-elektrisch gekoppeltes Makromodell sowie deren
Verifikation mittels Experiment und einer Finite-Elemente-Simulation vorgestellt. Das parametrische Makromodell ist für den Einsatz in einem Schaltungssimulator wie z.B. PSPICE geeignet. Die Verifikation der Simulationsergebnisse zwischen ANSYS und PSPICE zeigen eine gute Übereinstimmung. Der Vergleich zwischen Experiment und der PSPICE Simulation
sind akzeptabel. Mit dem vorgestellten Makromodell ist es möglich, auf Systemebene schnell verschiedene thermische
Randbedingungen und Kabel Geometrien zu modellieren und eine zeitsparende, transient gekoppelte thermo-elektrische
Simulation durchzuführen. Da die parametrische Modellierung eine Beschreibung der "realen thermischen"
Montagebedingungen (z.B. in einem Auto oder LKW) unterstützt, ist es möglich sich einen Überblick über die thermischen Einflüsse und Temperaturen entlang des Stromkabels zu verschaffen und so die Kabelauslegung hinsichtlich Größe und Gewicht (Kupfer Durchmesser, verwendetes Isoliermaterial) und Einbauort (Wärmeleitung, Konvektion, Strahlung) zu optimieren.
This paper resumes the frictionless fan concept which was introduced at itherm 2012 [1]. This concept was based on a flexible polymer blade, the vibration of which is, as opposite to the piezoelectric driven fan principle, driven by means of a magnetic field. This type of fan can be of interest in regions where otherwise the fluid flow would be stagnant. This paper presents the results of a further in depth design study to reduce power loss and form factor as well as to optimize fan efficiency. Therefore, different blade materials and shapes, different sheet materials for the inductive stimulation as well as the influence of coil shape, value and number were under investigation.
As a result, the size could be reduced by half and the efficiency could be doubled. A maximum flow rate of 14 l/min and a static pressure of 3 Pa at 240 mW fan power could be reached.
Transient Electro-Thermal Coupled System Simulation - Modeling Approach and Experimental Validation
(2018)
This contribution describes an approach for modeling a coupled electro-thermal design problem for the transient system simulation based on the analog circuit simulator SPICE - means: the time-varying electrical functional behavior of several neighboring components influence the time-varying thermal behavior of the setup and interconnection environment, which in turn affects the time-varying electrical behavior of these components. Due to the SPICE model description this is currently not possible. For this purpose, both electrical and thermal modeling methods as well as the coupling of these models are presented. The electrical model is based on the fundamental equations of semiconductor physics. With the help of the respective physical parameters, the electrical model can easily be extended to an existing library component or that of a manufacturer component SPICE description. The thermal model is based on a modified Foster model extracted from transient FEM simulation results, using the thermal step response. Thus, during the coupled transient simulation, both, the electrical behavior of the component, due to its self-heating, and the coupling heating of adjacent components, can be taken into account. The method is shown and experimentally verified by the example of two interacting MOSFETs with D2PAK packages, using a specially developed test board
Parametric Transient Thermo - Electrical PSPICE Model F or A Single And Dual Conductor Power Cable
(2017)
A parametric macro model for a single and dual conductor power cable for transient thermo-electrical coupled simulation in PSPICE will be derived. The article depicts the modelling of a simplified, single- and dual conductor cable and its use during simulation. Its verification against experiment and finite element simulation shows a good agreement. The derived single- and dual conductor PSPICE cable macro model enables a quick modelling at system level. It offers a time saving transient thermo-electrical simulation under various thermal conditions and cable geometries and to optimize e.g. size, weight. The approach support the engineer to overlook the thermal influences and temperatures along the power cable under real ‘thermal’ assembling conditions in an e.g. car engine room or aircraft.