Entegre sürücü devresinin elektronik bileşenlerinin ısıl analizi ve tasarımının ısıl yönetime etkisi - Önder, Nedimcan
Elektronik kontrol üniteleri, teknolojinin gelişmesiyle boyutsal olarak küçülmesine karşın kullanılan devre eleman sayısında artış yaşamaktadır. Yaşanan gelişmeler doğrultusunda elektronik kontrol ünitelerinin ısı akı üretimlerinde artış gözlemlenmiştir. Isı akısındaki artış nedeniyle elektronik kontrol ünitelerinin performansında ve kullanım ömürlerinde düşüş yaşanmaktadır. Bu durumu önlemek amacıyla elektronik kontrol ünitelerindeki ısıl yönetimi üzerine bir çok çalışma gerçekleştirilmektedir. Elektronik kontrol ünitesinin bakır katman sayısının ve alt tabaka malzeme değişikliğinin ısıl yönetime etkisini araştırmak amacıyla deneysel ve sayısal yöntemler kullanılmıştır. Elektronik kontrol ünitesi, çalışma koşullarındaki elektronik kartın ısı dağılımını incelemek amacıyla deneysel çalışmalarda termokupl, sayısal çalışmalarda FloEFD programı kullanılmıştır. Tez kapsamında, alt tabakası FR4 2 bakır katmanlı elektronik kontrol ünitesi, sayısal ve deneysel yöntemler kullanılarak incelenmiştir. Yapılan sayısal analiz çalışmaları sonucunda, elektronik kontrol ünitesindeki en sıcak aktif devre elemanın LED olduğu görülmüştür. Elektronik kontrol ünitesindeki bakır katman sayısının artmasıyla birlikte devre eleman sıcaklıklarında düşüş gözlemlenmiştir. Elektronik kontrol ünitesindeki bakır katman sayısı 1'den 9'a çıkarıldığında, LED 2 devre elemanında 51,354 ℃ sıcaklık düşüşü yaşanmaktadır. AlN 2 bakır katmanlı elektronik kontrol ünitesi sayısal yöntemler ile incelenmiştir. Elektronik kontrol ünitesindeki en sıcak aktif devre elemanının LED olduğu görülmüştür. Elektronik kontrol ünitesindeki bakır katman sayısı 1'den 9'a çıkarıldığında, LED 2 devre elemanında 7,253 ℃ sıcaklık düşüşü yaşanmaktadır. Elektronik kontrol ünitesindeki bakır katman sayısının artışı ve yüksek ısı iletim katsayısına sahip alt tabaka malzeme kullanımının, elektronik kontrol ünitesindeki termal direnç değerinde lineer bir azalma ve toplam ısı geçiş katsayında lineer bir artışa neden olduğu görülmüştür. Bu değişimler ihmal edilebilir bir seviyededir. Elektronik kontrol ünitesinin bulunduğu ortamdaki ısı taşınım katsayısının artışı, elektronik kontrol ünitelerinin termal direnç ve toplam ısı geçiş katsayı değerini doğrudan etkilemektedir. 5 W/m2K ısı taşınım katsayısına sahip ortamda 1 bakır katmanlı FR4 alt tabaka malzemeli elektronik kontrol ünitesinin termal direnç değeri 27,527 K/W ve toplam ısı geçiş katsayısının 4,873 W/m2K olduğu görülmektedir. 10 W/m2K ısı taşınım katsayısına sahip ortamda 1 bakır katmanlı FR4 alt tabaka malzemeli elektronik kontrol ünitesinin ise termal direnç değeri 14,114 K/W ve toplam ısı geçiş katsayısının 9,504 W/m2K olduğu görülmüştür. Elektronik kontrol ünitesinin bakır katman sayısı ve alt tabaka malzeme özelliklerinin ısıl yönetime doğrudan etkili olduğu görülmüştür. Bakır katman sayısı ve yüksek ısı iletim katsayı değerine sahip alt tabaka malzeme kullanımının, elektronik kontrol ünitesinin ısı dağılımında iyileşmelere neden olduğu gözlemlenmiştir.