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IC-Temperierung: Auslegung einer Heizplatte

 

Während des Funktionstests von ICs soll deren Temperatur möglichst konstant gehalten werden. Die ICs werden dazu thermisch auf eine Platte kontaktiert. Diese Platte wird mit Luft bei regelbarer Einlasstemperatur durchströmt.

Vor dem Aufbau eines ersten Prototyps soll über Simulationen ein optimales Design der Strömungskanäle in der Platte ermittelt werden. Die thermischen Analysen geben zudem Aufschlüsse über die erreichbare Homogenität, Regelbarkeit und Trägheit des Systems.

Durch die Simulation konnte der hinsichtlich Temperaturhomogenität optimale Querschnitt der Strömungskanäle ermittelt werden. Für eine möglichst gute Temperaturhomogenität sollten für beide Plattenhälften unabhängige, spiralförmige Strömungskanäle eingesetzt werden (obere Abbildung).

Wird die Platte mit einer homogenen Wärmlast von 10 [W] beaufschlagt, so ist die Differenz zwischen maximaler und minimaler Temperatur auf der Platte kleiner als 0,1 [K] (oberes Bild).

Wird die Wärmelast von 10 [W] nur im Innenbereich bzw. nur im Außenbereich der Platte appliziert, so steigt diese Differenz auf 0,4 [K] bzw. 0,2 [K] an (mittleres Bild).

Um in diesen Fällen eine weitere Homogenisierung zu erreichen, müssten für diese Teilbereiche getrennte Strömungskanäle mit separat geregelten Einlasstemperaturen verwendet werden.

Schließlich liefert die Simulation auch Aufschlüsse über das zeitliche Verhalten der Heizplatte. Es wurde z.B. der Fall betrachtet, dass die Temperatur der Heizplatte von +120 [°C] auf 60 [°C] verändert werden soll. Dazu wird die Heizplatte mit Luft bei 120 [°C] durchströmt. Die untere Abbildung zeigt den zeitlichen Temperaturverlauf an verschiedenen Positionen auf der Heizplatte. Die Solltemperatur von 60 [°C] wird in diesem Fall nach etwa 20 [min] erreicht und, da die Gaseinlasstemperatur hier ungeregelt ist, im weiteren Verlauf unterschritten.

PDF-Download
IC Heizplatte 1

Temperaturverlauf bei homogener Wärmelast (T=Δ0,1 [K])

IC Heizplatte 2

Temperaturverlauf bei inhomogener Wärmelast innen
(links T=Δ0,4 [K]) und außen (rechts T=Δ0,2 [K])

IC Heizplatte 3

Temperaturverlauf beim Abkühlen

© ISMB Dautermann GmbH