Learning Centre

Reliability of Thermal Interface Materials for Power Semiconductor Devices

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Huotari, Kari
dc.contributor.author Forsback, Henrik
dc.date.accessioned 2017-02-24T10:52:59Z
dc.date.available 2017-02-24T10:52:59Z
dc.date.issued 2017-01-23
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/24695
dc.description.abstract The purpose of this thesis is to study the reliability and the life time of preselected thermal interface materials and to develop an accelerated life time test system for this task. Thermal interface materials are used between power semiconductor devices and thermal solution to enhance the heat transfer between the two objects. Being one of the critical components in the path of heat flow, any weakening can cause severe damage to the component itself or to the whole application. The theoretical background in this study presents the basics of power semiconductor devices, thermal management and reliability related issues. In addition, as secondary objectives, different thermal interface materials are compared and heat transfer between two solid surfaces is examined. The aim of this thesis is to develop a test system that can be used to analyze the life time behaviour of different thermal interface materials. To achieve this, a mechanical test frame, a control circuit and a printed circuit board will be designed and implemented. The aging of different materials is done by switching power transistors on and off causing heat gradients in the thermal path. Two thermal interface materials, an elastomer film and a phase change material, are tested and a regression analysis will be done to predict the thermal performance further. Furthermore, a general degradation model is established based on the measurement data. In addition, the thermal performance with different interface pressures is compared and the uncertainty of measurements is discussed. Finally, the developed empirical model for thermal interface materials is presented. To fully benefit from the degradation models, additional research must be done. Based solely on the thermal performance analysis, the phase change material should be used instead of elastomer film on similar applications. Futhermore, based on the uncertainty analysis, without the calibration of the temperature measurement device, the results of this study could have been useless. en
dc.description.abstract Tämän työn tarkoituksena on tutkia ennalta määriteltyjen lämmönhallintamateriaalien elinikää ja luotettavuutta ja kehittää tätä tarkoitusta varten testausjärjestelmä. Lämmönhallintamateriaaleja käytetään tehopuolijohteiden ja jäähdytyselementin välissä parantamaan lämmönsiirtymistä. Koska lämmönhallintamateriaali sijaitsee jäähdyttämisen kannalta kriittisessä paikassa, voi sen heikkeneminen aiheuttaa komponentin tai koko laitteen tuhoutumisen. Tutkimuksen teoreettinen tausta esittelee tehopuolijohteita sekä lämmönhallintaan ja luotettavuuteen liittyviä aiheita. Lisäksi työssä verrataan eri lämmönhallintamateriaaleja ja tutkitaan kahden kiinteän pinnan välistä lämmönsiirtoa. Työn tavoitteena oli kehittää testausjärjestelmä, jolla voidaan analysoida eri lämmönhallintamateriaalien käyttäytymistä niiden eliniän aikana. Tätä varten työssä suunnitellaan testirunko, ohjauspiiri transistoreille sekä piirikortti. Eri materiaalien vanhentaminen toteutetaan tehosyklauksen avulla. Työssä on tarkoitus tutkia kahta erilaista lämmönhallintamateriaalia, elastomeeria sekä faasimuunnosmateriaalia. Elinikää arvioidaan mittaustuloksiin perustuen regressioanalyysin avulla pidemmälle. Lisäksi mittausdatan avulla materiaaleille kehitetään yleiset hajoamismallit, joita voidaan käyttää apuna suunnittelussa. Tämän lisäksi työssä mitataan lämmönsiirtymistä eri liitospaineilla sekä arvioidaan mittausten luotettavuutta. Työn tuloksena esitellään materiaaleille kehitetyt hajoamismallit. Lisäksi esitellään tarvittava lisätutkimustyö, joka vaaditaan eliniän estimoimiseen. Perustuen pelkästään lämmönsiirto-ominaisuuksiin, faasimuunnosmateriaalia pitäisi käyttää elastomeerin sijasta samanlaisissa käyttökohteissa. Mittausten luotettavuusanalyysin perusteella ilman lämpöantureiden kalibrointeja, mittaustulokset olisivat voineet olla käyttökelvottomia. fi
dc.format.extent 73 + 10
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Reliability of Thermal Interface Materials for Power Semiconductor Devices en
dc.title Tehopuolijohteiden lämmönhallintamateriaalien luotettavuus fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword power electronics en
dc.subject.keyword power semiconductor device en
dc.subject.keyword reliability en
dc.subject.keyword thermal interface material en
dc.subject.keyword life time en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201702242578
dc.programme.major Electrical Power and Energy Engineering fi
dc.programme.mcode ELEC3024 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Kyyrä, Jorma
dc.programme AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013) fi
dc.ethesisid Aalto 7876
dc.location P1 fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse