Проектирование интегральных микросхем. Шелохвостов В.П - 100 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Расчетная температура элемента определится как
Т
э
= Т
к
+ Θ
э
; Т
э
= Т
с
+ Θ
к
+ Θ
э
, (5.3.4)
где Т
с
– температура окружающей среды; Θ
к
– перегрев корпуса относительно температуры окружающей среды.
Расчет навесных дискретных компонентов состоит из определения перегрева Θ
вн
относительно собственной
подложки
Θ
вн
= R
т. вн
Р
э
, (5.3.5)
где R
т. вн
– внутреннее тепловое сопротивление дискретного компонента.
Для навесного полупроводникового компонента температура будет соответствовать Т
нк
, которую можно
рассчитать
Т
нк
= Т
с
+ Θ
к
+ Θ
э
+ Θ
вн
. (5.3.6)
Перегрев корпуса Θ
к
определяется рядом факторов, в частности конструкцией корпуса (платы), мощностью
рассеяния находящихся в нем кристаллов, особенностями монтажа ИМС в блоке (ячейке), способом охлаждения
и др.
Перегрев корпуса определяется из выражения
Θ
к
= Р
∑
R
к
, (5.3.7)
где Р
∑
– суммарная мощность, рассеиваемая ИМС; R
к
– тепловое сопротивление корпуса.
Тепловое сопротивление корпуса R
к
оценивается (определяется)
R
к
= 1/ (α S
т
), (5.3.8)
где α – коэффициент теплопередачи, Вт/(м
2
⋅°С); S
т
– площадь теплового контакта корпуса с теплоотводом.
Коэффициент теплопередачи определяется при охлаждении естественной конвекцией как α = 5…20, при обдуве
– α = 20…100, при теплоотводе кондукцией через тонкий (0,1 мм) воздушный промежуток α ~ 3⋅10
2
, при
теплоотводе кондукцией через слой эпоксидного клея толщиной 0,1 мм α = 3⋅10
2
…3⋅10
3
, при металлическом
теплоотводе α = 10
4
…10
5
.
Следует также отметить, что формула (5.3.4) не учитывает перегрева за счет взаимного влияния
тепловыделяющих элементов (наложение тепловых потоков от всех элементов ИМС), правда фоновый перегрев
частично учитывается величиной Θ
к
.
Таким образом, ориентировочный расчет режима, например ГИМС, сводится к определению температуры
всех НАК и резисторов и сравнению ее с их максимально допустимой рабочей температурой.
Нормальный тепловой режим элементов и навесных компонентов (НК) обеспечивается при выполнении
следующих условий:
Т
э
= T
с max
+ Θ
к
+ Θ
э
≤ T
max доп
, (5.3.9)
Т
нк
= Т
с max
+ Q
к
+ Q
нк
+ Q
вн
≤ T
max доп
, (5.3.10)
где Т
э
– температура элемента, °С; Т
нк
– температура навесного активного компонента, °С; Т
с max
– максимальная
температура окружающей среды, °С, в процессе эксплуатации, заданная ТУ; T
max доп
– максимально допустимая
рабочая температура элемента и НК, заданная ТУ; Θ
к
–перегрев корпуса ИМС; Θ
э
– перегрев элемента ИМС; Q
нк
– перегрев навесного активного компонента; Q
вн
– перегрев области p–n-перехода навесного активного
компонента.
При несоблюдении неравенств (5.3.9) и (5.3.10) необходимо принимать дополнительные меры (например,
уменьшение теплового сопротивления за счет использования материалов с более высоким коэффициентом
теплопроводности) для обеспечения теплового режима ГИМС.
Ориентировочный тепловой расчет проводится при следующих допущениях:
− коэффициенты теплопроводности всех материалов конструкции ГИМС в рассматриваемом диапазоне
температур постоянны;
− тепловыделяющие элементы являются плоскими источниками теплоты;
− температура корпуса одинакова во всех его точках;
− фоновый перегрев элементов и НАК не учитывается.

Страницы