Badania jakości połączeń termicznych w układach elektronicznych

Problematyka poruszana w niniejszej pracy dotyczy zjawisk termicznych zachodzących w układach elektronicznych w czasie pracy. Aspektem kluczowym były procesy odprowadzania energii cieplnej z układu. Głównym celem było zbadanie zależności pomiędzy warunkami termicznymi panującymi w fizycznym układzie podczas procesów doprowadzania i odprowadzania energii cieplnej, a parametrami uzyskanymi w wyniku analizy zarejestrowanych termowizyjnie danych pomiarowych. Za pomocą fizycznego układu w postaci diody LED wysokiej mocy połączonej z radiatorem wykonano w warunkach laboratoryjnych szereg pomiarów termograficznych obrazujących procesy termiczne zachodzące w układzie podczas pracy. Badania przeprowadzone zostały w tunelu aerodynamicznym zapewniającym możliwość regulacji parametrów termicznych występujących w układzie, w szczególności wartości współczynnika przejmowania ciepła przez konwekcję. Wyznaczone zostały zależności między warunkami termicznymi panującymi w układzie, w szczególności parametrami konwekcji pomiędzy radiatorem a otoczeniem, oraz przewodzenia cieplnego na styku dioda – radiator, a odpowiedzią termiczną rejestrowaną przez kamerę. Na podstawie zarejestrowanych przez kamerę danych wyznaczone zostały charakterystyki czasowe temperatury w układzie w poszczególnych procesach przy określonych warunkach konwekcji i przewodnictwa. Następnie na podstawie przebiegów czasowych przy wykorzystaniu transformaty FFT wyznaczono charakterystyki amplitudowe i fazowe w dziedzinie częstotliwości. Uzyskane w ten sposób dane poddane zostały analizie pod kątem określenia zależności pomiędzy konkretnymi wyznaczonymi charakterystykami, przy szczególnym uwzględnieniu przebiegów fazowych, a warunkami panującymi w układzie podczas danego pomiaru.

The issue raised in this paper concerns the thermal phenomena occurring in the circuit boards during working hours. The key aspect was related to the discharge of heat from the system processes. The main objective was to examine the relationship between thermal conditions prevailing in the physical system during supply and discharge of heat, and the parameters obtained from the analysis of previously recorded data. With the physical device containing high power LED combined with the radiator, there were performed a series of measurements in the laboratory, to visualize the thermal processes occurring in the system during work. Tests were performed in the aerodynamic tunnel that provides the possibility of regulation of thermal parameters occurring in the system, in particular the value of the takeover by heat convection. The relationship, between the thermal conditions of the system, in particular the convection between the radiator and the environment parameters, and thermal conductivity at the interface between the LED - radiator, and a thermal response recorded by the camera, was measured. Based on data recorded by the camera the temperature characteristics in the particular processes with certain thermal conditions were calculated. Then, on the basis of the temperature characteristics using the Fast Fourier Transform, the amplitude and phase characteristics were calculated. Obtained in this way the data have been analyzed in order to identify the relationship between specific phase characteristics and the conditions prevailing in the system during the measurement.