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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)
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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
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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)
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Klebstoffe - WärmeleitfähigkeitAufbau:
Wasser-kühlung
AluminiumplatteAluminiumträgerplatte
Heizwiderstand (PV = 5.1W)
Temperatursensor
Wasser-kühlung
Temperatursensor
KlebstoffAluminiumträgerplatte
Kühlwassertemperatur 20°C
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Klebstoffe - WärmeleitfähigkeitErgebnis:
0123456789
10
Epo-TekH70E
Epo-TekH70E-2
Epo-TekH72
Epo-TekH7109-
18
Araldite2012
3M 8805(0.1mm)
ΔT
[°C
] LuftVakuum
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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
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Wärmeübertragung im VakuumAufbau:
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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
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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
