IMS statt PCB
Optimale Entwärmung von GaN-Bauelementen auf Systemebene
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Vorbereitung der thermischen Analyse
Um die thermischen Eigenschaften eines IMS zu analysieren und zu vergleichen, wurden statische und instationäre thermische Simulationen für einen GaN-Transistor des Typs GaNPX GS66516B auf einem PCB und einem IMS angestellt. Der GS66516B ist ein über die Unterseite gekühlter 650-V-E-Mode-GaN-Transistor mit einem thermischen Widerstand zwischen Sperrschicht und Gehäuse von 0,27 °C/W.
Jobangebote+ passend zum Thema
Das PCB besitzt vier Kupferlagen und weist Thermal Vias unter dem Entwärmungs-Pad des Bauelements auf. Weitere Informationen über die Struktur des PCB finden sich in [6]. Außerdem wurden zwei IMS mit unterschiedlich dicken Dielektrika von 0,1 mm (IMS 1) bzw. 0,038 mm (IMS 2) gewählt. Bild 1 zeigt die PCB- und IMS-Strukturen.
Als Wärmeleitmaterial für die PCB-Baugruppe wurde das Material Sil Pad 1500ST von Bergquist mit einer Stärke von 0,203 mm und einer Wärmeleitfähigkeit von 1,8 W/m·K verwendet. Bei der Simulation kam die FEA Thermal Analysis Software ElectroFlo von TES International zum Einsatz.
Es handelt sich dabei um eine Software für dreidimensionale Wärmeübergangs-Simulation mit Strömungsdynamik (Computational Fluid Dynamics, CFD), mit der sich Probleme im Zusammenhang mit Wärmeleitung, natürlicher und erzwungener Konvektion sowie Strahlung lösen lassen.
Die thermischen Simulationen erfolgten in der Annahme, dass der Kühlkörper ausreichend Kühlwirkung besitzt, um die Unterseite des Wärmeleitmaterials bzw. der Wärmeleitpaste auf THS = 50 °C zu halten. Die Verlustleistung P betrug bei allen thermischen Simulationen 20 W.
Zur Untermauerung der thermischen Simulationen wurden Temperaturmessungen durchgeführt. Zu diesem Zweck wurde ein vierlagiges PCB mit 1,6 mm Stärke und 123 Thermal Vias angefertigt, auf dem der GS66508P montiert wurde. Im Zuge dieses Arbeitsgangs wurden die Thermal Vias mit Lot gefüllt.
Die Temperaturmessung erfolgte mit einer Wärmebildkamera des Typs Flir T420. Die Verlustleistung betrug 10 W. In der Darstellung der Ergebnisse in Bild 2 ist die gute Korrelation zwischen der thermischen Simulation und dem gemessenen Ergebnis erkennbar.
- Optimale Entwärmung von GaN-Bauelementen auf Systemebene
- Eigenschaften der Substrate
- Vorbereitung der thermischen Analyse
- Statische thermische Analyse
- Instationäre thermische Analyse
Lesen Sie mehr zum Thema
Das könnte Sie auch interessieren
Universität Aalto / Galliumnitrid
Beryllium-dotiertes GaN für kommende Leistungshalbleiter
Interview mit Tim McDonald, Infineon
»CoolGaN konkurriert nicht mit CoolMOS«
3-kW-Server-Stromversorgung von Eltek
Mit CoolGaN zu 98 Prozent Wirkungsgrad
Zwei neue Führungskräfte
Semikron verstärkt Geschäftsführung
Für 12-V-Fahrzeug-Anwendungen
Zwei neue Leistungsschalter-Serien von Infineon
Sommernachtsfest 2017
Die Halbleiter-Branche in Feierlaune
Platz sparen in effizienten Antrieben
IPMs für Motor-Anwendungen bis 100 W
Forschungsprojekt »eRamp«
Die Leistungselektronik in Deutschland und Europa stärken
1700-V-SiC-MOSFETs machen es möglich
Hilfsstromversorgungen - kompakt und kostengünstig
Galliumnitrid: Schnell und mit Potenzial
Licht aus dem Schatten des Siliziums
PCIM Europe 2017
Die PCIM endet mit einem Rekordergebnis
Neue Zellenstruktur für hohe Effizienz
Rohm stellt dritte IGBT-Generation vor
Höhere Leistung und kompaktere Umrichter
Acht neue HV-IGBT-Module
Nachlese APEC 2017
SiC startet in den Massenmarkt
