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2019 | OriginalPaper | Chapter
5. Wärmeausbreitung
Author : Gerhard Babiel
Published in: Bordnetze und Powermanagement
Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden
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Zusammenfassung
Bei der Entwicklung von neuen elektronischen Bauteilen und Systemen der Leistungselektronik ist es wünschenswert, vor dem Hardwaretest die Erwärmung von Bauteilen berechnen zu können. Sowohl die kurzfristige Bauteiltemperatur als auch die sich einstellende Temperatur bei Dauerbetrieb sind von Interesse, weil sie im direkten Zusammenhang mit der Lebensdauer der Bauteile stehen.
Erwärmt sich z. B. ein konventioneller Siliziumtransistor kurzzeitig über 200 °C, führt dies zur sofortigen Zerstörung, weil sich die Bonddrähte vom Chip lösen.
Wird der Transistor bei der maximalen Betriebstemperatur gefahren, erfüllt er seine Funktion zumindest über die garantierte Lebensdauer z. B. 10.000 Stunden bei 150 °C am Silizium.
Will man das Bauteil innerhalb der spezifizierten Grenzen betreiben, muss man jedoch die Temperaturentwicklung in Abhängigkeit vom elektrischen Strom und der damit verbundenen Verlustleistung kennen.
Für die Abschätzung der Lebensdauer kommt für den Entwickler oft erschwerend hinzu, dass viele Bauteile sich in einem Gehäuse befinden und der direkten Temperaturmessung verschlossen bleiben. Auch hier sind vorab Berechnungen sinnvoll.
Bei der Lösung von wärmetechnischen Aufgaben stößt man im Allgemeinen auf eine komplizierte vierdimensionale Raum-Zeit-Differentialgleichung aus der Wärmelehre. Im Folgenden wird versucht, sich dort – wo es aus Symmetriegründen möglich ist – auf eine Dimension zu beschränken.
Im Kap. 5 werden Wege aufgezeigt, wie man zu vereinfachten wärmetechnischen Ersatzschaltbildern (Thermal Modeling) gelangt.