Analiza skuteczności stosowania przekładek (heat-spreaderów) do poprawy odprowadzania strumienia ciepła z półprzewodnikowych emiterów światła

W pracy przedstawiono analizę skuteczności stosowania przekładek (heat-spreaderów) wykonanych z rożnych materiałów do poprawy odprowadzania strumienia ciepła z półprzewodnikowych emiterów światła. Wśród materiałów branych pod uwagę rozważono diament o przewodności cieplnej 1200-2000 W/mK, stop diament-metal 600 W/mK oraz inne materiały często stosowane w układach montażowych przyrządów półprzewodnikowych (BeO, SiC(sub)CVD, CuW, MoCu, AIN) o przewodnościach z zakresu 170-250 W/mK. Mocowanie przekładek wykonano z powszechnie stosowanego eutektyka AuSn o grubości 1-10μm. Obliczenia zostały przeprowadzone dla modeli trójwymiarowych w oparciu o metodę elementu skończonego. Analiza objęła przewodność cieplną przekładek, ich rozmiary, umiejscowienie oraz grubość lutu Wyniki obliczeń pokazały m.in. duży wpływ warstw mocujących na efektywność odprowadzania ciepła, oraz silną zależność optymalnej grubości przekładki od jej rozmiarów planarnych, przewodności cieplnej i grubości lutu.

---

In this paper the thermal analysis of the heat-spreader efficiency was presented. The heat-spreaders were made of various materials including diamond 1200...2000 W/mK, metal-diamond composite 600 W/mK and other high thermal conductive materials (BeO, SiC(sub)CVD, CuW. MoCu. AIN) 170…250 W/mK used in assembiles of the optoelectronic devices. The heat-spreaders were attached to the chip and copper heat-sink by hard solder AuSn of thickness 1...10μm. The 3-D finite element method calculations embraced the heat-spreader thermal conductivity, size, location and solder thickness. The results indicate, inter alia, great influence of solder on heat dissipation efficiency and telling dependence between heat-spreader optimal size and its thermal conductivity and solder thickness.