Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Условия охлаждения ИМС и их влияние на тепловые параметры

Читайте также:
  1. II. Попытки навязать Турции условия Антанты
  2. III. Условия проведения Конкурса
  3. VI. УСЛОВИЯ ПОДВЕДЕНИЯ ИТОГОВ
  4. VII. Условия конкурса
  5. VII.УСЛОВИЯ ФИНАНСИРОВАНИЯ
  6. XI. Условия финансирования
  7. XIV. Влияние духовного мира

Зависимость внутреннего теплового сопротивления Rcp от температуры. Тепловое сопротивление Rcp с ростом температуры также возрастает. Это связано с уменьшением коэффициентов теплопроводности G конструктивных материалов. Для кремния G ≈ 360/T [Вт/см·К] для арсенида галлия G ≈ 145/T [Вт/см·К].

Такая форма зависимости соответствует относительному увеличению теплового сопротивления 0,3% на градус Кельвина. Теплопроводность керамики слабее зависит от температуры и изменяется на 0,1% на градус Кельвина. Так как внутреннее тепловое сопротивление определяется сопротивлением корпуса, то и температурная зависимость RT определяется материалом корпуса. Значение RT меняется не более чем на 10% при изменении температуры на 100 К. Разброс величины RT для образцов одной партии также характеризуется величиной около 10%.

Зависимость внутреннего теплового сопротивления от интенсивности охлаждения. Принято считать, что внутреннее тепловое сопротивление Rcp является параметром конструкции ИМС и не зависит от интенсивности охлаждения. Однако это справедливо лишь в случае изотермичности поверхности корпуса. Последнее условие выполняется только в тех случаях, когда коэффициент теплоотдачи очень велик (α > 1 В/см2·К). При меньших значениях α внутреннее тепловое сопротивление возрастает с уменьшением α. Физически это объясняется тем, что при уменьшении интенсивности охлаждения тепловой поток, идущий от кристалла к поверхности корпуса, начинает все больше растекаться в стороны (рис.9.1). В результате возрастает эффективная длина теплового потока Leff, причем таким образом, что отношение Leff/Aeff увеличивается.

 

Рис.9.1. Тепловые потоки в основании корпуса при разных значениях α: α12.

 

Конструктивным параметром считается минимальное значение Rcp, измеренное в условиях интенсивного охлаждения (например, с теплоотводом).

Зависимость внутреннего теплового сопротивления Rcp от площади кристалла Ac для корпусов с однородным основанием и при отводе тепла в теплоотвод удовлетворительно аппроксимируется формулой

, (9.6)

где L1z и G – толщина основания корпуса и коэффициент теплопроводности материала основания.

Если известна хотя бы одна экспериментальная точка на зависимости теплового сопротивления от площади кристалла, то относительные изменения Rср могут быть определены с очень хорошей точностью.

Зависимость полного теплового сопротивления от интенсивности охлаждения. Практически наиболее часто встречается случай воздушного охлаждения ИМС, когда коэффициенты теплоотдачи невелики. Микросхемы обычно помещены на плате, и характер конвективного потока определяется в основном платой, а не отдельными участками поверхности корпуса. В этом случае коэффициенты теплоотдачи разных частей корпуса различаются мало и их можно усреднить.

Полное тепловое сопротивление определяется как

, (9.7)

где Аeff – эффективная площадь теплоотдачи.

Под Аeff понимается площадь наиболее нагретого участка поверхности, рассеивающего значительную долю тепла. Если А – вся площадь поверхности, рассеивающей тепло, то Keff = Аeff/A – коэффициент эффективности, показывавший, во сколько раз рассеиваемая поверхностью А мощность меньше максимально возможного значения соответствующей изотермической поверхности.

При уменьшении α эффективное значение площади Aeff сначала возрастает, а достигнув значения А, перестает зависеть от α. Физически это означает, что с уменьшением α ранее холодные периферийные участки поверхности тела, прогревшись, начинают рассеивать тепло.

Характер указанной зависимости Aeff от α приводит к тому, что при уменьшении α внешнее тепловое сопротивление Rpm = 1/(αApm) сначала возрастает незначительно. Лишь после того, как Арm перестает меняться, зависимость Rpm от α становится обратно пропорциональной α. Степень зависимости Aeffот α связана соотношением размеров платы и размещенных на ней микросхем. Если размеры платы в 10 и более раз превышают площадь размещенных микросхем, то Rpm практически перестает зависеть от α.

Соотношение между Rpm и α также слабо выражено при больших значениях α, когда Aeff равна площади микросхем.

Сам же коэффициент теплоотдачи α зависит от атмосферного давления, температуры и скорости обдува платы воздухом. Однако α не поддается прямому измерению, поэтому на практике предпочитают связывать внешнее тепловое сопротивление непосредственно с параметрами охлаждающей атмосферы: давлением, температурой, скоростью воздуха. При воздушном охлаждении коэффициент теплоотдачи имеет две составляющие: конвективную и излучательную. Конвективная составляющая αк пропорциональна атмосферному давлению и составляет от 0,5 до 0,666 значения α при нормальных условиях. При переходе к вакууму αк стремится к нулю, а значение α уменьшается в 2 – 3 раза, что подтверждено экспериментами. Однако если размер платы велик, а микросхемы имеют хороший тепловой контакт с платой, то, несмотря на уменьшение α, тепловое сопротивление Rpm увеличивается всего на 15 – 30 % за счет увеличения Aeff. Характер зависимости внешнего теплового сопротивления от атмосферного давления определяется теплопроводностью материала монтажной платы и тепловым контактом микросхем с платой.

При использовании принудительного охлаждения тепловое сопротивление сначала быстро падает с ростом скорости обдува υ. Затем при скорости 1,5 – 2 м/с спад Rpm замедляется. Дальнейшее увеличение скорости обдува сопровождается незначительным уменьшением теплового сопротивления и практически нецелесообразно.

Сравнение графиков на рис.9.2 показывает, что эффективность охлаждения с обдувом повышается с увеличением числа выводов корпуса (которые работают как ребра радиатора) и с увеличением теплопроводности материала корпуса (при равномерно разогретом корпусе Aeff = А).

Рис.9.2. Зависимости полного теплового сопротивления от скорости обдува: пластмассовый корпус типа 201.14-1 (DIP) (кривая 1); пластмассовый корпус типа 2 с теплорастекателем (кривая 2); керамические корпуса типа 2 с числом выводов меньше 20 (кривая 3); керамический корпус типа 402.16-2 (кривая 4); керамический корпус типа 421.48-3 (кривая 5)/

 

Конвективная составляющая коэффициента теплоотдачи слабо зависит от температуры, а излучательная составляющая возрастает с ростом температуры. При увеличении температуры на 10 град внешнее тепловое сопротивление уменьшается приблизительно на 3%.

Для расчетов теплового сопротивления используются как компьютерные программы, так и аналитические методы. Приблизительную оценку внутреннего теплового сопротивления можно получить. Пользуясь (9.7)

, (9.8)

где α – коэффициент теплоотдачи кристалла через пленку клея; AC – площадь кристалла; G – коэффициент теплопроводности основания корпуса; LZ – толщина основания корпуса; (AC1/2+LZ) – средняя площадь сечения теплового потока. Тепловым сопротивлением кремниевого кристалла и теплоотвода мы пренебрегаем.


Дата добавления: 2015-10-13; просмотров: 216 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Обеспечение синхронизации сигналов на этапе функционального проектирования | Обеспечение синхронизации на этапе физического проектирования и верификации | Адаптивные драйверы | Иерархия системы. | Аналоговые операторы. | Математические функции | На микросхемы | Испытания ИМС на устойчивость к электростатическому разряду, характеристика устойчивости | Моделирование режима электростатического разряда | Глава 9. Тепловые процессы в интегральных микросхемах |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Контроль тепловых режимов| Производственная статистика выхода годных изделий

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.006 сек.)