Проектирование интегральных микросхем. Шелохвостов В.П - 99 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

всех стадиях проектирования (равномерное распределение тепловыделяющих элементов и компонентов,
обеспечение путей выводов тепла и др.). Однако этот анализ теплового режима носит больше качественный
характер и безусловно требует количественной оценки. В этой связи оцениваются наиболее нагреваемые места
платы. К ним относятся резисторы, активные элементы и компоненты. Конденсаторы и индуктивности вносят в
нагрев явно меньший вклад. Пленочная коммутация из-за малого сопротивления и высокой теплопроводности
наоборот способствует отводу тепла от наиболее нагретых участков.
Считается, что нормальный режим ИМС обеспечивается, если температура самого тяжело нагруженного
элемента ИМС (или компонента для ГИМС) не превышает его максимально допустимой рабочей температуры.
Прежде чем как приступать к тепловому расчету, необходимо познакомиться с общим ходом тепловых
расчетов, усвоить такие понятия, как перегрев элемента, допустимая температура и др.
Перегрев элемента или компонента ИМС – разность между их собственной температурой и средней
температурой поверхности корпуса (обычно обозначается Θ, °С).
Максимально допустимая температура T
max доп
– максимальная температура элемента или компонента
ИМС, при которой обеспечиваются требования к их надежности.
Удельная мощность рассеяния (P
0
, Вт/°С) – плотность теплового потока от элемента ИМС, кристалла или
платы ИМС.
Внутреннее тепловое сопротивление элемента, кристалла или компонента ИМС (R
т. вн
, °С/Вт) – тепловое
сопротивление самого элемента (кристалла, компонента) и тепловое сопротивление контакта между элементом
(компонентом) и платой (кристаллом или корпусом) с учетом теплового сопротивления клеевой прослойки.
Величина теплового сопротивления существенно зависит от характера тепловыделяющего объекта. Если
источник тепла сосредоточенный, как показано на рис. 5.3.1, то тепловой поток от него может быть
направленным в сторону подложки в той или иной мере. В основном это зависит от размеров тепловыделяющего
элемента. Если его размеры не соизмеримы с толщинами слоев, на которых он располагается (условие – l, b >> h),
то тепловой поток можно считать плоскопараллельным. В этом случае тепловое сопротивление R
т
определится
выражением
,
1
к
к
п
п
т
bl
hh
R
λ
+
λ
=
(5.3.1)
где λ
п
и λ
к
– коэффициенты теплопроводности материалов подложки и клея соответственно, Вт/(м⋅°С); h
п
и h
к
–
толщины соответственно подложки и клея; b и l – размеры места контакта тепловыделяющего элемента с
подложкой; общая толщина учитываемого слоя определяется как h = h
п
+ h
к
.
Рис. 5.3.1. Схемы тепловых потоков больших и малых источников тепла:
1 – теплоотводящий объем (теплоотвод); 2 – слой клея или компаунда;
3 – подложка; 4 – тепловыделяющий элемент
Уменьшение размера источника тепла усложняет картину теплоотвода, поскольку поток становится
расходящимся. Эффективность теплоотвода увеличивается, учесть это при расчетах можно через определение
эффективного теплового сопротивления.
R
т. эф
= R
т
γ (q, r), (5.3.2)
где q = l / 2h , r = b / 2h, l и b – линейные размеры плоского источника теплоты; γ (q, r) – функция, учитывающая
уменьшение теплового сопротивления при расходящемся от источника тепловом потоке.
Значения функции γ (q, r) для корпусов, представленных на рис. 5.2.3, 5.2.4, приведены в прил. 2.
При известных R
т
и R
т. эф
для каждого элемента ИМС может производиться расчет величины перегрева Θ
э
элемента за счет выделяемой мощности P
э
.
Θ
э
= P
э
R
т. эф
. (5.3.3)

Страницы