Hallo,
welche Wärmekapazität hat ein typischer IC/Chip?
Hintergrund: Zu Messzwecken soll ein IC ohne Kühlanbindung kurzzeitig
angesteuert werden. In der tatsächlichen Applikation ist der IC auf
einem Kühlkörper im Dauerbetrieb (Verlustleistung z.b. 10W).
Wie lange darf man den IC jetzt "in der Luft schwebend" (= nur mit
Bonddrähten oder Kupferlackdraht) betreiben ohne dass er überhitzt (z.b.
>150°).
Der Chip ist ein Silizum-Chip mit den Abmessungen 4mm x 4mm.
Wie berechnet man das?
Danke
Heinz
Heinz schrieb: > Wie berechnet man das? Kurzen Puls mit bekannter Energie draufgeben und Temperaturerhöhung messen. Die Rechnung für die Wärmekapazität findest du z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmekapazit%C3%A4t
Heinz schrieb: > Der Chip ist ein Silizum-Chip mit den Abmessungen 4mm x 4mm. > > Wie berechnet man das? Zur Waermekapazitaet kann ich dir nichts weiter sagen, da braeuchte man wohl auch Angaben zum Material und Masse. Aber gibt den Burschen evtl. auch vergossen? Hintergrund der Frage, Theta JA ist ja ein gemessener Wert. Der Unterschied zwischen einem "bare die" und einem eingepackten und einem "overmolded", als Suchbegriffe, sollte nich allzu gross sein.
Heinz schrieb: > Hintergrund: Zu Messzwecken soll ein IC ohne Kühlanbindung kurzzeitig > angesteuert werden. Was heißt "kurzzeitig"? Hat die Wärmeenergie genug Zeit, um sich vom Chip auf das ganze Gehäuse zu verteilen?
Heinz schrieb: > Der Chip ist ein Silizum-Chip mit den Abmessungen 4mm x 4mm. Eine Dicke hat er nicht? Falls doch, rechnet man sich Volumen und Masse aus, schaut die spezifische Wärmekapazität von Silizium nach, und kann schwupp-di-wupp die Temperaturherhöhung pro Joule ausrechnen. Alle benötigten Konstanten sind hier zu finden: https://de.wikipedia.org/wiki/Silicium
Heinz schrieb: > Der Chip ist ein Silizum-Chip Meinst Du den nackten Die (das Silizium-Plättchen)? Das ist hauchdünn, und ohne Kühlung praktisch sofort hin. Deine 10 Watt wirst Du bestenfalls ein paar Millisekunden verheizen können.
Rufus Τ. F. schrieb: > Heinz schrieb: >> Der Chip ist ein Silizum-Chip > > Meinst Du den nackten Die (das Silizium-Plättchen)? Das ist hauchdünn, > und ohne Kühlung praktisch sofort hin. Deine 10 Watt wirst Du > bestenfalls ein paar Millisekunden verheizen können. Ja genau ich meine das Silizium-Plättchen. Darauf ziehlt meine Frage ab: Kann ich den Chip jetzt 10ns, 10us, 1ms oder 1sek mit der gegebenen Verlustleistung betreiben bevor er die max. Temp. erreicht hat. Die Verlustleistung kann man in erster Näherung mal als gleichmäßig verteilt eingeprägt auf einer der Oberflächen des Chips ansehen. Chipdicke ca 200-500um
Ich würfle mal aus Erfahrung mit IGBT Chips: Auf Dein kleines Spielzeug heruntergebrochen: 1ms bei Nennleistung, alles länger geht Brutal auf die Lebensdauer. 10ms am Stück kurz vor Tod. ohne Gewähr hauspapa
S. K. schrieb: > Nennleistung Danke. Was meinst du mit Nennleistung? Bei IGBTs können das ja schonmal 100W sein. Was ist deine Referenz-Chipfläche für IGBTs, die sind ja meist deutlich größer.
> die sind ja meist deutlich größer.
Und machen trotzdem W/mm2. Lässt sich also ganz gut herunterbrechen. Da
Du nicht sagst was Dein Chip macht
Bei 50Hz und guter Kühlung rechne ich mit etwa 3°C Temperaturrippel. Das
geht mit den thermischen Zyklen und der Dauerfestigkeit gerade über die
Lebensdauer ohne das die Bonddrähte brechen.
Da Dein Chip vermutlich etwas filigraner ist und wohl auch weniger dick
hab ich mal Faktor 10 Reserve draufgeschlagen. Das als Hausnummer.
Genauer bekommst es nur mit Wärmebildkamera und vorsichtig Testen.
viel Erfolg
Hauspapa
Ach ja, IGBT sind normal für 10us Kurzschlussfest spezifiziert. Da setzt man auf einem Chip mal schnell 400Vx300A bei Chipfläche 10x8mm um. Die muss der Chip fressen, so schnell ist keine Kühlung. Letztlich ist das nur ca. 1J. Das bringt den Chip aber bis an die thermische Schmerzgrenze. Von Lebensdauerverbrauch reden wir da lieber nicht mehr. schönen Tag noch.
ich denke man darf aber nicht linear rechnen W / ns denn irgendwann schmoren die Bonddrähte durch, über Wärmekapazität alleine gehts nicht.
@Joachim B. (jar) >ich denke man darf aber nicht linear rechnen W / ns Doch. > denn irgendwann >schmoren die Bonddrähte durch, Nö. Die sind relativ gut gekühlt. Klingt komisch, ist aber so! > über Wärmekapazität alleine gehts nicht. Doch. Wenn es kracht, dann sind es bisweilen nicht die Bonddrähte sondern die Bondstellen, weil dort ein leicht erhöhter Übergangswiderstand herrscht und diese Stelle irgendwann den Geist aufgibt. Aber nicht bei wenigen Pulsen.
Danke soweit mal, damit kann ich eine erste Abschätzung vornehmen. 1ms sollten also gut drin sein. Das reicht mir aus.
Falk B. schrieb: > Doch. Falk B. schrieb: > Nö. Die sind relativ gut gekühlt. Klingt komisch, ist aber so! Falk B. schrieb: > Doch. du widersprichst gerne? Ich wüsste nur gerne woher du deine Sicherheit hast (nur der Narr ist sich immer sicher, der Weise zweifelt öfter), dann dürften deiner Meinung nach nie Bonddrähte durchbrennen sondern immer nur der Chip. Meine praktischen Erfahrungen sind andere.
Joachim B. schrieb: > Meine praktischen Erfahrungen sind andere. Jaja...kein Mensch hier hat Erfahrungen damit, WAS bei einem Halbleiterdefekt genau passiert, und auch danach weiß niemand so richtig, wie der Ablauf war. Das ist schon für Halbleiter-Hersteller mehr als fraglich, selbst wenn sie diverse Studien darüber machen sollten. Welche Chipgröße, kein Mensch weiß die! Welcher Bereich des Chips wird wie stark belastet, welcher kaum? Wärmeableitung ist vernachlässigbar? Das gilt wohl nicht für die ersten Mikrometer des den Chip umgebenden Materials. Wie heiß kann der Chip tatsächlich werden, ohne auszufallen? Die "Erfahrungen" hier beruhen doch nicht auf mehr, als einem vor 20 Jahren mal stümperhaft für Solarzellenexperimente aufgesägtem 2N3055. Total sinnloser Thread. Ich kann hier die Brausepreise von Uganda wissen wollen, es werden sich gleich mehrere Fachleute bei der Beantwortung überschlagen.
Nicht ein Fachmann, so weit das Auge reicht! schrieb im Beitrag #4247514: > Jaja...kein Mensch hier hat Erfahrungen damit, WAS bei einem > Halbleiterdefekt genau passiert, und auch danach weiß niemand so > richtig, wie der Ablauf war. Das ist schon für Halbleiter-Hersteller > mehr als fraglich, selbst wenn sie diverse Studien darüber machen > sollten. was wolltest du mitteilen? eines bleibt klar, aus meiner Industriezeit wurde genauestens untersucht warum alle verbauten FETs angeschädigt waren und es wurde sogar die Ursache festgestellt, also so ganz kann das hier nicht stimmen: Nicht ein Fachmann, so weit das Auge reicht! schrieb im Beitrag #4247514: > kein Mensch hier hat Erfahrungen damit, WAS bei einem > Halbleiterdefekt genau passiert, und auch danach weiß niemand so > richtig, wie der Ablauf war. für einen konkreten Fall kann ich da widersprechen.
:
Bearbeitet durch User
@Joachim B. (jar) >du widersprichst gerne? Sichewr ;-) >Ich wüsste nur gerne woher du deine Sicherheit hast (nur der Narr ist >sich immer sicher, der Weise zweifelt öfter), dann dürften deiner >Meinung nach nie Bonddrähte durchbrennen Das hat keiner behauptet. Es geht um kurze, heftige Leistungspulse. Nicht Quasidauerbetrieb. Dort ist die Wärmekapazität das begrenzende Element, nicht die Stromtragfähigkeit der Bonddrähte. https://www.mikrocontroller.net/articles/Leiterbahnbreite Beitrag "Re: Unglaublich hohe Stromdichte?" > sondern immer nur der Chip. >Meine praktischen Erfahrungen sind andere. Dann nenn mal deine Parameter, dann kann man drüber reden.
Heinz schrieb: > Chipdicke ca 200-500um Damit lässt sich das ausrechnen. Bei der Chipgrösse 4mm x 4mm x 0,2mm brauchst du, ohne jegliche Kühlung, für eine Temperaturerhöhung um 100°C 0,526 Ws. 10W könntest du also 50 ms einwirken lassen. Bei dem dickeren Chip entsprechend mehr. Die oben genannten Impulsdauern von 10µs und so entsprechen größenordnungsmäßig den thermischen Zeitkonstanten der Sperrschichten in Leistungstransistoren. Das sind ja sehr dünne Gebilde, und sie haben entsprechend wenig Wärmekapazität. Sie heizen sich während eines solchen Impulses um vielleicht 200°C auf, wobei in der kurzen Zeit nur ein geringer Wärmeaustusch mit dem übrigen Kristall stattfindet.
Von den Leuten die stänkern wollen mal abgesehen ist fast alles gesagt.
Noch zum Thema Ausfallursachen, auch wenn hier sebstverständlich gilt...
>kein Mensch hier hat Erfahrungen
Alterungsausfälle an Bonddrähten brennen diese häufig nicht durch
sondern brechen durch die Wärmeausdehnung des Chips (nach ein paar
Milliarden 50Hz Zyklen). Zum durchbrennen braucht es schon ziemlich
viel.
Mit der eigentlichen Frage hat das aber nichts mehr zu tun.
Alles Gute
Hauspapa
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