Workshop: Das X-Cool-Board

Transkript

1 belastbarkeitsberechnung Workshop: Das X-Cool-Board Mang, Th: Lehnberger, Ch: Dr J Adam 1 belastbarkeitsberechnung Hoene,E, Schneider- Ramelow,M,Feix,G,Ostmann,A, Becker,K-F,Hutter,M: Entwicklungsrichtungen für das Leistungshalbleiter Packaging PLUS Heft 6, 2011 (S 1382ff Dr J Adam 2 1

2 belastbarkeitsberechnung Alle Gerberfiles überlagert 110 x 105 mm 2 Lagen mit was zwischen drin Ist das eine vernünftige Schaltung? Dargestellt mit ViewMate Dr J Adam 3 belastbarkeitsberechnung G01 G02 G03 70 mu (Der Löststoplack wird explizit nicht simuliert Dr J Adam 4 2

3 belastbarkeitsberechnung G01 G02 G03 Dickkupfer (15 mm Gesamtdicke Vertikal strukturiert (su (Machen daraus 2 Schichten Dr J Adam 5 belastbarkeitsberechnung G01 G02 G03 70 mu Hier fließt überhaupt kein Dr J Adam 6 3

4 belastbarkeitsberechnung G06 Fräskontur Nicht benutzbar Dr J Adam 7 belastbarkeitsberechnung L1 G02 Wie bekommt man diese Strukturen in das Modell? Vergleich mit dem Foto: an manchen Bauteilen oder anschlüsssen schaut Cu aus der PCB heraus Graphisch editieren der L1 Ergibt eine Schicht G02- Fräs zw Top und G02 Da das eine Teilmenge von L1 ist, braucht in L1 nicht integriert werden Dr J Adam 8 4

5 belastbarkeitsberechnung Schritt 1: Belichten Lagenaufbau des Grundmodells (schwarz=cu, weiß=pp Schichtfolge G01: L1 G02-Fräs G02: Dickkupfer Prepreg G03: L2 Dr J Adam 9 belastbarkeitsberechnung Schritt 2: Bohren (schwarz=cu, weiß=pp Bohrbild im Gerbersatz nicht vorhanden Löststopbild nicht geeignet, weil Pads verschmelzen Graphisches editieren der L1: Alles löschen bis auf Steckerpins THT mit Innenpin Dr J Adam 10 5

6 belastbarkeitsberechnung I Schritt 3: Bestücken (schwarz: unbenutzt, bunt: Benutzung vorgesehen laufplan nicht vorhanden Nehmen an, dass von den mittleren Steckern I auf die Transistoreingänge geht G01 erhält graphisch die Randbedingungen Elektrische und thermische Vorgaben auf eingefärbten Objekten Identifikation durch Rechnen mit Farben Dr J Adam 11 belastbarkeitsberechnung Intermezzo Bauteilinformation R dson =12 mohm (@ Raumtemp I max =80 A (@ RT? P=R*I²=77 W (?? Dr J Adam 12 6

7 belastbarkeitsberechnung? Wärmefluss (W A=01*011 m α=12 W/m²K T ( C Dr J Adam 13 belastbarkeitsberechnung Intermezzo Annahme 1 über Ströme und Verlustleistungen Annahme 1 Datenblatt: Imax=80A Rot = 320 A (=4*80 A Gelb = 160 A (=4*40 A Braun = Rdson*80² = 77 W Grün = Rdson*40² = 19 W Annahme: Rdson= 12 mohm 4 77W 4 19W Schätzung: Δ 12W/m2K 2 01m 01m 1600 K? Das funktioniert nie Pmax=260 W ist noch katastrophaler Dr J Adam 14 7

8 belastbarkeitsberechnung Intermezzo Annahme 2 über Ströme und Verlustleistungen Annahme 2 Freie Konvektion: Pmax 20 W 20W 12W/m2K 2 01m 01m 80 K Rot = 80 A (=4*20 A Gelb = 40 A (=4*10 A Braun = Rdson*20² = 48 W Grün = Rdson*10² = 12 W Annahme: Rdson= 12 mohm 4 48W 4 12W Schätzung: Δ 12W/m2K 2 01m 01m 100 K Dr J Adam 15 belastbarkeitsberechnung Schritt 4: Belasten Rot = 80 A (=4*20 A Gelb = 40 A (=1/2 Rot=4*10 A hellblau = 0 V (bzw -20A Dunkelblau: 0 V (bzw -10A Braun = Rdson*20² = 48 W Grün = Rdson*10² = 12 W Annahme: Rdson = 12 mohm I Dr J Adam 16 8

9 belastbarkeitsberechnung Berechnung und Ergebnisse Freie Konvektion + Strahlung α=12 W/m²K x-y Auflösung = 015 mm Speicher: 14 GB Zeit (Laptop: U(x,y,z: 100 sec T(x,y,z: ca > 4 min Bauteileschicht Spannungsabfall nur 18 mv Temperaturerhöhung 80 K Dr J Adam 17 belastbarkeitsberechnung Lage 1 0 Volt auf FET Anschlüssen Potentiallinien stehen senkrecht auf Dieelektrikum dichte ist an den oberen Randpins am größten Bauteilkupfer ist am wärmsten heizt fast nicht Dr J Adam 18 9

10 belastbarkeitsberechnung FOTOALBUM Dr J Adam 19 10