Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Structural analysis of thermal interface materials and printed circuit boards in telecom units - a methodology
Luleå University of Technology, Department of Engineering Sciences and Mathematics.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [sv]

En struktur analys på Ericssons MINILINK-6352 har utförts för att undersöka spänningar och deformationer på enheten, främst med fokus på de termiska gränskiktsmaterialen och buktningar av kretskortet. Dessa är viktiga aspekter när man överväger om enheten är termiska lämpad ur en mekanisk synvinkel, där god ytkontakt mellan de olika kropparna är avgörande för ordentlig kylning genom värmeledning. Analysen kräver tillräcklig materialdata till gränskiktsmaterialen och kretskortet för att kunna skapa lämpliga matematiska modeller.

Enaxliga kompressionstester har genomförts för att karakterisera de hyperelastiska och viskoelastiska lagar för fyllda silikongummimaterial som används som termiska gränskiktsmaterial, som ibland kallas för gappad. Böjning av ett kretskort simulerades och jämfördes med ett tre--punkts böjtest för att verifiera om befintlig materialdata i beräkningsprogrammen var tillräcklig, jämförelsen visade god överensstämmelse.

Kretskortet med dess komponenter, som modellerades som styva block, med gappads ovanpå som komprimeras av en platta simulerades och ett svagt område hittades. Detta område var sedan tidigare känt och har i ett senare skede eliminerats genom att tillsätta ytterligare en stödpelare. Därav visar denna studie en metod för att hitta intressanta regioner tidigt i konstruktionsfasen som lätt kan ändras för att uppfylla nödvändiga krav och undvika brister i konstruktionen. Arbetet har visat sig användbart genom att hitta detta svaga område i exempel produkten, arbetet ger även tillräckligt med information och exempeldata för att ytterligare utreda liknande produkter. Kombinationen av erfarenhet och simulering möjliggör smartare designval.

Abstract [en]

A structural analysis on Ericssons MINILINK-6352 has been performed in order to investigate stresses and deformations of the unit, mainly focusing on the thermal interface materials and warpage of the printed circuit boards. These are important aspects when considering if the unit is thermally adequate from a mechanical point of view, where good surface contact between various bodies are critical for proper cooling through heat conductivity. The analysis requires sufficient materal data for the interface material and the circuit board in order to create suitable mathematical models.

Uniaxial compression tests have been conducted to characterise the hyperelastic and viscoelastic constitutive laws of a filled silicone rubber material used as a thermal interface material, commonly referred to as a thermal pad. Bending of a printed circuit board was simulated and compared to a three-point bend test on the circuit board in order to verify material data already available in the computational software, which showed good agreement.

The entire radio unit was mechanically analysed during its sealing process. The circuit board with attached components modelled as stiff blocks with thermal pads on top compressed by plates was simulated and a weak area was found. This area in question was already known and has in a later stage been eliminated by adding an additional supporting pillar. Hence this study shows a methodology to find regions of interest at an early design phase which can easily be altered to fulfil necessary requirements and eliminate design flaws. This work has proven useful in finding weak regions in the example product, it also provides enough information and example data to further investigate similar products. The combination of experience and simulation allows for smarter design choices.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 53 p.
Keyword [en]
hyperelastic, viscoelastic, fem, finite element method, telecom, cooling, solid mechanics, nonlinear, uniaxial compression, printed circuit board, pcb, polymer, rubberlike, filled silicone rubber, gappad, thermal pad, mullins effect, cyclic loading, stress softening
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-59746OAI: oai:DiVA.org:ltu-59746DiVA: diva2:1037217
External cooperation
Ericsson AB
Educational program
Engineering Physics and Electrical Engineering, master's level
Examiners
Available from: 2016-10-19 Created: 2016-10-14 Last updated: 2016-10-19Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(16307 kB)23 downloads
File information
File name FULLTEXT02.pdfFile size 16307 kBChecksum SHA-512
fbfebe7f20384c7feb0c46d011c72b11292d05f80fcc72696f8a72a7d91e4cd50c70aae9f67672ee7c61408786586998887fc17038dfc31600675ff31a6e4b65
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Good, Mattias
By organisation
Department of Engineering Sciences and Mathematics
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 23 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 59 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link