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Lebensdauerbetrachtung

Auswahl und Zuverlässigkeit thermischer Interface-Materialien

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Anbieter zum Thema

DHBW Duale Hochschule Baden-Württemberg Lörrach
MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Spezieller Prüfstand für thermo-mechanische Lasten

Am ZFW wurde ein spezieller Prüfstand für thermo-mechanische Lasten aller TIM-Arten entwickelt. Mit diesem Prüfstand können Last- und Temperaturwechseltests, Wärme- und Feuchtetests sowie die Temperaturhochlagerung bis zum Ausfall geprüft werden. Der Lastwechseltest ist ein aktiver Test. Es wird über eine Heizquelle, Kühlplatte und einen speziellen Probenhalter ein Lastwechsel von -10 bis 150 °C erzeugt. Dabei stellt sich eine Temperaturdifferenz ΔT über dem TIM ein.

In jedem Zyklus wird der transiente thermische Widerstand und alle 500 Zyklen der stationäre thermische Widerstand gemessen. Dadurch ist es möglich, den Einfluss der Temperatur, des Drucks und die Auswirkung aus den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten auf die Lebensdauer zu untersuchen.

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Derselbe Probenhalter mit TIM kann für passive Umweltsimulationen in der Klimakammer gelagert werden. Dies können z.B. der Wärme- und Feuchtetest mit 85 °C und 85 % r.F. (HAST: 130 °C und 85% r.F.), der Temperaturwechseltest mit -40 bis 150 °C oder die Temperaturhochlagerung mit Temperaturen von 80 bis 200 °C sein.

Zu Beginn wird auf einer Kühlplatte der stationäre thermische Widerstand und anschließend nach einem festgelegten Intervall, z.B. alle 200 h, dessen Änderung gemessen. Bild 6 zeigt den Probenhalter für die aktive und passive Umweltsimulation. Zuverlässigkeitsuntersuchungen für TIMs sind bisher nicht genormt. Die physikalischen und chemisch-kinetischen Vorgänge der Ausfallmechanismen sind heute nicht vollständig untersucht.

Die wichtigsten Ausfallmechanismen sind Pump-out- und Dry-out-Effekte bei Pasten, Delamination und Risse bei Pads, Klebstoffen und Gelen sowie Oxidation und Agglomeration (Abscheidung von Materialbestandteilen in flüssiger oder fester Form). Die Langzeitstabilität von TIMs ist von der Materialkombination (thermische Ausdehnungskoeffizienten), der Art der Belastung und der ausgesetzten Umgebungsbedingungen abhängig. Dies führt dazu, dass das gleiche TIM bei unterschiedlichen Applikationen ein unterschiedliches Verhalten aufweist: In der einen Applikation kann es den thermischen Widerstand konstant halten, in der anderen kann es jedoch die Alterung beschleunigen.

* Robert Liebchen ist Mitarbeiter im Forschungsbereich Wärme-Management an der Dualen Hochschule Baden-Württemberg, Stuttgart.

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