Thermische Modellierung einer Mehrlagenplatine

In der Leistungselektronik spielt die Kenntnis des Wärmevrhaltens einer Platine eine sehr große Rolle. Die immer größeren Leistungsdichten unterstreichen die Wichtigkeit des Kenntnisses des Wärmeverhaltens. In der Platine funktionieren die Leistungskomponenten und Kupferlagen die große Ströme tragen als Leistungsquellen. Das Isolationsmaterial zwischen den Kupferlagen limitiert die maximale Temperatur der Platine. Dieses bringt eine Grentzung für den maximalen Strom der durch die Platine geführt werden kann. In dieser Arbeit wurden die maximalen Stromdichten im Worst-Case-Szenario einer Platine untersucht. Dafür wurde eine Testplatine entworfen und für die Testplatine ein thermisches Modell konstruiert. Die Effekte von Kühlung wurden auch untersucht. Die Bestimmtheit des Modells wurde mit Messungen überprüft.

In power electronics, the thermal behaviour of the printed circuit board plays a major role. One of the reasons for this is the continuously rising power densities. On printed circuit boards the power components and power layers act as thermal sources. The isolation material between the copper layers sets a limit for the maximal temperature that may occur. This in turn sets a limit for the maximal current that can be put through the board. In this thesis, the current carrying capacity of a multilayer printed ciruit board is studied. For this purpose a test board and a thermal model for the board is built. The effect of heat sinks is also studied with two different sizes of heat sinks. The goal of the study is to define the current carrying capacity of the printed circuit board in the worst case scenario. The model is tested with measurements.The worst possible conditions were set for the measurements.

Tehoelektroniikassa piirilevyn lämpökäyttäytymisen tunteminen on erittäin tärkeässä roolissa etenkin yhä lisääntyvien tehotiheyksien takia. Piirilevyissä lämmönlähteinä toimivat tehokomponentit sekä suuria virtoja kantavat kuparikerrokset. Piirilevyn eristysmateriaali asettaa rajoitteen piirilevyn sallituille maksimilämpötiloille, joka puolestaan rajoittaa piirilevyn maksimivirrantiheyttä. Tässä työsä on valmistettu piirilevyn maksimivirrantiheyden testaamista varten monikerrospiirilevy ja sitä vastaava lämpömalli. Myös jäähdytyslevyn vaikutusta on tutkittu kahden erisuuruisen jäähdytyslevyn avulla. Tavoitteena on ollut määrittää piirilevyn virrankantokyky pahimmissa mahdollisissa olosuhteissa. Mallin pätevyyttä on testattu mittauksin, joita varten piirilevylle on valmistettu termisesti mahdollisimman huonot olosuhteet.