Echtzeitmessung der Kontaktkräfte und Druckverteilung Sensorsystem sorgt für optimale Kühlkörper-Effizienz

Sensor Products hat ein Kühlkörper-Analysesystem entwickelt, mit dem Entwickler den Oberflächenkontakt und die Druckverteilung zwischen einem Halbleiter und einem Kühlkörper in Echtzeit messen und gegebenenfalls korrigieren können.

Die Hitzebelastungen im Zusammenhang mit modernen Halbleitern in embedded-Anwendungen erfordern Kühlkörper mit einer immensen Kühlleistung. Dabei kann selbst ein leichter Verzug der Wärmeaustauschstruktur oder eine Verringerung der Kontaktfläche einen tief greifenden Einfluss auf die Kühlleistung haben. Verläuft die Druckverteilung nicht gleichmäßig, so wird die Wärmeableitung nur unzureichend sein und die Elektronik kann zur Überhitzung neigen.

Der US-amerikanische Hersteller Sensor Products hat nun ein Sensorsystem vorgestellt, das für eine optimale Kühlkörper-Effizienz sorgen soll. Das Analysesystem mit dem Namen Tactilus ermöglicht es, die tatsächlichen Kontaktkräfte und Druckverteilungswerte auf den Leiterplattenkomponenten optisch darzustellen. Beim Aufbringen des Drehmoments an den Befestigungsschrauben zwischen dem Prozessor und dem Kühlkörper, erfasst und misst es die sich verändernde Druckverteilung zwischen den zusammenpassenden Flächen und zeigt diesen Ist-Zustand über die entsprechende Software an. Die Kühlkörper-Übergangsfläche kann geprüft, angepasst und in Echtzeit neu positioniert werden – das beschleunigt die empirische Näherungsmethode, was eine erneute Montage vermeiden hilft. Zudem liefert das System die für die Finite-Elemente-Simulierungsvorhersage erforderlichen Druckkraftwerte.

Tactilus erfasst und verarbeitet die Sensordaten mittels einer einfach zu bedienenden Windows-basierten Software. Diese zeichnet unter anderem Druck-/Zeit-Diagramme und -Histogramme auf, führt 2D-, 3D- und 360-Grad-Image-Rendering aus und bietet eine Region-of-Interest-Skalierung. Zudem zeigt sie maximale, minimale und durchschnittliche Druckkräfte an und führt Kraftanalysen durch. Nicht zuletzt erstellt sie Protokolle durch den Export in Excel-, ASCII- oder Access-Formate.

Im Gegensatz zu konventionellen Druckaufnehmern ist der Tactilus-Sensor flexibel und nur 0,38 mm dick, so dass er zwischen dem Prozessor und dem Kühlkörper platziert werden kann, ohne die eigentliche Montage zu beeinträchtigen. Die Sensorauflagefläche besteht aus 625 widerstandsbehafteten Sensorpunkten, die auf einem 25x25-Gitter angeordnet sind. Die gesamte Sensorfläche beträgt 5,08 x 5,08 cm. Die Scan-Geschwindigkeit ist mit bis zu 1000 Hertz spezifiziert, der Betriebsdruckbereich liegt zwischen 0 bis 100 psi (0 bis 7 kg/cm2).

Nach Herstellerangaben hält das Sensorsystem Hunderten von ständig wiederkehrenden diagnostischen Anwendungen an verschiedenen Kühlkörpern stand. Es ist widerstandsfähig gegenüber elektronischen Geräuschen, Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsschwankungen. Die Genauigkeit ist mit ±10 Prozent angegeben, die Wiederholpräzision mit ±2 Prozent, die Hysterese liegt bei ±5 Prozent und die Unlinearität bei ±1,5 Prozent.

Das Sensorsystem lässt sich an unterschiedliche Messmodalitäten oder -anwendungen anpassen. Es kommt unter anderem zum Einsatz, wenn es darum geht, die Oberflächendruckverteilung an der Grenzfläche von Reifenprofil-Aufstandsflächen, Brennstoffzellen, Leiterplatten, Flachbildschirmen und beim Wafer-Polieren festzuhalten und zu messen.

Sensor Products bietet das Tactilus-Sensorsystem sowohl als Standard- als auch als maßgefertigte Lösung für Spezialanwendungen an. Auch die Dynamic-Link-Library-Dateien (DLL) und die grafische Benutzeroberfläche lassen sich auf Wunsch anpassen.