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Wir schaffen Wissen – heute für morgen
29. März 2011PSI, 29. März 2011PSI,
Paul Scherrer Institut
Mechanische Konstruktionsstudie in Bezug auf Temperatur und Vakuum
Ruder Christian, Schädler Lukas
29. März 2011PSI, 29. März 2011PSI, Seite 2
Ablauf• Klebstoffe
– Allgemeiner Vergleich (Handhabung)– Wärmeleitfähigkeit
• Wärmeübertragung im Vakuum• Temperaturuniformität
Klebstoffe - Allgemeiner VergleichZiel:Finden eines geeigneten Klebstoffs zum:
– Kleben vom HDI auf den Modulhalter– Kleben vom Sensor-Chip-Modul auf das HDI
Anforderungen:– Thermisch leitend– Elektrisch isolierend– Kurze Aushärtungszeit– Geringe Härte im ausgehärteten Zustand– Gute Verarbeitungseigenschaften
Versuchsmaterialien:– Wärmeleitende Klebstoffe (Epo-Tek H70E, H70E-2, H72E, T7109-18)– „Standart“ Klebstoffe (Araldit 2011, 2012)
29. März 2011PSI, 29. März 2011PSI, Seite 3
Klebstoffe - Allgemeiner VergleichErgebnis:
H70E H70E-2 H72 T7109-18 2011 2012Thermische Leitfähigkeit [W/m·K] 0.9 1 0.6 0.2 ?1) ?1)
Elektrischer Widerstand [Ω·cm] 1·1013 8·1012 1·1013 5·109 >1·109 >1·109
Härte [Shore D] 83 65 88 20 30-40 30-40Aushärtungszeit bei Raumtemp. - - - 24h @ 23°C 10h @ 23°C 1h @ 23°CAushärtungszeit 90min @ 80°C 90min @ 80°C 120min @ 80°C 120min @ 80°C 45min @ 60°C 10min @ 60°CVerarbeitung2) Gut Gut Mässig Gut - Mässig Mässig Schlecht
AralditEpo-Tek
1) Kein relevanter Unterschied zu den Epo-Tek Klebern feststellbar2) Einschätzung in Bezug auf Mischverhältnis, Pot-Live, Handhabung, Verarbeitbarkeit
29. März 2011PSI, 29. März 2011PSI, Seite 4
Klebstoffe - WärmeleitfähigkeitZiel:Vergleichen der Klebstoffe betreffend der Wärmeleitung bei Normaldruckund im Vakuum
Anforderungen:– Thermisch leitend– Elektrisch isolierend– Gute Verarbeitungseigenschaften
Versuchsmaterialien:– Wärmeleitende Klebstoffe (Epo-Tek H70E, H70E-2, H72E, T7109-18)– „Standart“ Klebstoff (Araldit 2012)
29. März 2011PSI, 29. März 2011PSI, Seite 5
Klebstoffe - WärmeleitfähigkeitAufbau:
Wasser-kühlung
AluminiumplatteAluminiumträgerplatte
Heizwiderstand (PV = 5.1W)
Temperatursensor
Wasser-kühlung
Temperatursensor
KlebstoffAluminiumträgerplatte
Kühlwassertemperatur 20°C
29. März 2011PSI, 29. März 2011PSI, Seite 6
Klebstoffe - WärmeleitfähigkeitErgebnis:
0123456789
10
Epo-TekH70E
Epo-TekH70E-2
Epo-TekH72
Epo-TekH7109-
18
Araldite2012
3M 8805(0.1mm)
ΔT
[°C
] LuftVakuum
29. März 2011PSI, 29. März 2011PSI, Seite 7
Wärmeübertragung im VakuumZiel:Finden eines geeigneten Stoffes zur Wärmeübertragung im Vakuum
zwischen:– PCB‘s und Mechanik– Div. mechanischen Teilen
Anforderungen:– Thermisch leitend– Elektrisch isolierend– Gute Verarbeitungseigenschaften
Versuchsmaterialien:– Wärmeleitpads– Wärmeleitpaste– Diverses
29. März 2011PSI, 29. März 2011PSI, Seite 8
Wärmeübertragung im VakuumAufbau:
29. März 2011PSI, 29. März 2011PSI, Seite 9
Wärmeübertragung im VakuumErgebnis:
0
5
10
15
20
25
30
35
40
GapPad
(0.5m
m)
GapPad
(1.0m
m)
GapPad
(1.5m
m)
GapPad
(3.0m
m)
3M 88
05 (0
.1mm)
3M 55
95 (1
.0mm)
Tgard
500 (
0.2mm)
HTCP (Pas
te)
WLPG (P
aste)
Indium
(0.1m
m)
Kapton
(0.1m
m)
PTFE (1.0m
m)
direk
t (0.0m
m)
ΔT
[°C
] LuftVakuum
29. März 2011PSI, 29. März 2011PSI, Seite 10
TemperaturuniformitätZiel:Überprüfen der Temperaturuniformität auf einem Eiger-Modul bei Normaldruck und im Vakuum
Anforderungen:– Temperaturuniformität ~ 3°C– Absoluttemperatur < 30°C
Aufbau:
29. März 2011PSI, 29. März 2011PSI, Seite 11
Temperaturuniformität
Aufbau:
29. März 2011PSI, 29. März 2011PSI, Seite 12
Temperaturuniformität
Ergebnis:
29. März 201129. März 2011 Seite 13