Power Cycling
Temperaturänderungen in elektronischen Systemen verursachen Spaltänderungen, die Zug-oder Druckkräfte auf thermische Interface Materialen (TIM) ausüben. Zusätzlich treten Scherkräfte aufgrund von CTE-Mismatch (unterschiedliche temperaturbedingte Ausdehnungen von TIM und Trägermaterial) und erhöhte Oxidationsreaktionen bei höheren Temperaturen auf. Mit dem ZFW Multiparameter Tester (MPT) werden diese thermo-mechanischen Effekte bei bis zu sechs Proben parallel ermittelt, um statistische Aussagen zur Lebensdauer von TIMs zu erhalten.
Aufheiz- und Abkühlvorgang beim Power Cycling
Messgrößen
- Änderung des thermischen Widerstandes über Temperaturzyklen
Materialien und Anwendungsgebiete:
- Pasten, GapPads, GapFiller, Phase-Change TIMs
- IMS, Folien
- andere viskose und pastöse Medien
Beispiel: Dryout einer Wärmeleitpaste
Durch die Temperatur-Lastwechsel können bei einer Wärmeleitpaste die flüchtigen Bestandteile (Öle, Silikone) verdampfen. Dadurch verliert die Masse ihre Geschmeidigkeit und wird spröde. Zusätzlich dehnt sich das Trägermaterial bei jeder Erwärmung aus und zieht sich beim Abkühlen wieder zusammen. Durch beide Effekte wird Rissbildung in der Paste begünstigt. Dadurch verringert sich die wärmeübertragende Fläche und es können Luftspalte entstehen, was die thermische Performance drastisch verschlechtert. Da dies oft ein langsam fortschreitender, stetiger Prozess ist, ist diese Versagensform im Ergebnisdiagramm des ZFW Power Cyclings als ein stetig ansteigender Verlauf des thermischen Widerstands erkennbar.
Beispiel: Delamination eines Gapfillers
Wenn sich in einem Bauteil durch die Temperaturänderungen im Betrieb der TIM-Spalt verändert, kann dies bei einer Vergrößerung des Spaltes zur Folge haben, dass der Kontakt zwischen Interfacematerial und Fügepartner abreißt. Dadurch entsteht schlagartig ein Luftspalt und die Wärme kann nicht mehr zuverlässig vom Leistungsbauteil an die Kühlung übertragen werden.
Im ZFW Power Cycling kann dieses so genannte Atmen des TIM-Spaltes nachgestellt werden und ist im Ergebnisdiagramm als ein sprunghafter Anstieg des thermischen Widerstandes erkennbar.