Практическое занятие № 5. Расчет теплового режима гибридных интегральных схем

Синдром экологической дезадаптации

Синдром экологической дезадаптации является наиболее частым проявлением экологически зависимых нарушений здоровья.

Патогенез синдрома связан с нарушением регуляторных функций организма. Ведущую роль в его патогенезе играют нарушения регуляторных механизмов межклеточного взаимодействия. Эти нарушения не связаны со структурными изменениями клеток и тканей и являются обратимыми.

Факторы развития синдрома экологической дезадаптации:

· блокирующие действие токсических веществ на медиаторные и рецепторные системы,

· информационное воздействие ЭМ и других физических факторов

Реакция организма в виде перенапряжения и срыва адаптационных процессов (дезадаптация) однотипна при действии различных экологических факторов слабой силы, как физических, так и химических, психологических, биологических.

Нарушение регуляторных процессов нервной, эндокринной и иммунной систем сопровождается широким спектром функциональных нарушений:

· нейроэндокринных,

· нейровегетативных,

· иммунных.

Дезадаптация в результате воздействия различных факторов имеет одни и те же клинические проявления.

Клинические проявления:

· синдром напряжения-утомления;

· нейровегетативные нарушения;

· нарушение реактивности дыхательных путей;

· дисфункции иммунной системы.

У взрослых выявляется:

· синдром гиперреактивности бронхов (неспецифическая реакция дыхательных путей с бронхообструктивным синдромом).

· рецидивирующие бронхиты и пневмонии на фоне сниженной противоинфекционной защиты органов дыхания развиваются.

· дисфункции центральной и вегетативной нервной систем,

· дисфункция сердечно-сосудистой системы;

· хроническая патология ЖКТ;

· псевдоаллергические реакции.

У детей наиболее выражены:

· нейровегетативные нарушения (артериальная дистония, сердечные аритмии, изменения ЭКГ и др.),

· невротические реакции;

· головные боли;

· боли в животе (дискинезии желчевыводящих путей и кишечника);

· задержка физического и интеллектуального развития;

· выраженный вторичный иммунодефицит, возможно развитие поливалентной парааллергии;

· назофарингиты, респираторные аллергозы.

......

Содержание

Контрольные вопросы

Краткие сведения.

Оценка теплового режима гибридных интегральных схем (ГИС), а также МСБ является необходимым условием определения их работоспособности в заданных условиях эксплуатации и обычно осуществляется на этапе конструкторского проектирования ГИС. Она сводится к нахождению мощности, рассеиваемую схемой, и температур ее элементов и компонентов.

На практике тепловой расчет ГИС ведется в следующем порядке:

· оценивается тепловой режим микросхемы;

· определяются требования к топологии, необходимые для обеспечения заданного теплового режима (при необходимости проводится корректировка топологии);

· производится расчет перегревов элементов микросхемы.

Исходные данные для оценки теплового режима микросхемы:

1. тип конструкции микросхемы;

2. толщина подложки δ_п, м;

3. коэффициент теплопроводности подложки λ_П, Вт/(м*К);

4. толщина слоя клея между подложкой и крышкой корпуса микросхемы δ_К2, м;

5. толщина слоя клея между подложкой и основанием корпуса (или монтажной плоскостью) микросхемы δ_К1, м;

6. коэффициент теплопроводности клея λ_К1, Вт/(м*К);

7. температура корпуса микросхемы t_K, ºС;

8. максимально допустимая температура t_Rmaxдоп, ºС;

9. максимально допустимая температура пленочных конденсаторов t_Cmaxдоп, ºС;

10. максимально допустимая температура навесных компонентов R_Hmaxдоп, ºС;

11. внутреннее тепловое сопротивление навесного компонента R_T.ВHi, К/Вт;

12. мощность, рассеиваемая навесным компонентом микросхемы P_Hi, Вт;

13. ширина и длина навесного компонента l_XHi,l_YHi;

14. суммарная удельная мощность, рассеиваемая в микросхеме Р_о, Вт/м²;

15. максимально допустимая мощность на единицу площади резистивной пленки Р_опл, Вт/м².

Температура корпуса t_К и суммарная удельная мощность Р_о, рассеиваемая в микросхеме, определяются исходными данными на проектирование микросхемы. Остальные данные для оценки теплового режима выбираются из соответствующих справочных пособий для используемых материалов и навесных компонентов.

Наиболее широко в тонкопленочных МСБ используются ситалловые подложки толщиной 0,6*10^{-3 м (λ}_П=1,27 Вт/(м*К)), а в толстопленочных МСБ – керамика 22ХС толщиной (1,1; 1,3; 1,4)*10^{-3 м. Коэффициент теплопроводности клея λ}_к1 = λ_к2 для навесных активных элементов, залитых с одной стороны, равно (0,21-0,25)*10³ К/Вт, для залитых с обеих сторон – 1,6*10³ К/Вт. Толщина слоя клея δ_К2 =δ_К2 = 0,1*10^{-3 м.}

При оценке теплового режима микросхемы вначале определяется тепловое сопротивление r_T и приведенная толщина δ теплопроводящих участков. Эти величины зависят от типа конструкции микросхемы и определяются следующим образом:

Для конструкции 1-го типа:

, м²*К/Вт; (1.1)

. (1.2)

Для конструкции 2-го типа:

; (1.3)

. (1.4)

Для конструкции 3-го типа:

, (1.5)

. (1.6)

Для конструкции 4-го типа:

(1.7)

где

, (1.8)

, (1.9)

, (1.10)

, (1.11)

δ=max{δ₁, δ₂}. (1.12)

Максимально допустимая удельная мощность рассеяния Ро’ на поверхности подложки при произвольном размещении на ней тепловыделяющих элементов находится по формуле:

, (1.13)

где

, (1.14)

Θ_Нмакс – максимальный перегрев термокритичного элемента.

При выполнении условия

Ро≤Ро’, (1.15)

обеспечивается заданный тепловой режим микросхемы с произвольным размещением элементов на подложке, и дальнейший тепловой расчет сводится к определению максимально возможных температур элементов микросхемы. Этот расчет осуществляется по следующим формулам:

а) для пленочных резисторов:

, (1.16)

б) для пленочных конденсаторов:

, (1.17)

где

(1.18)

в) для навесных конденсаторов:

, (1.19)

При этом должны соблюдаться условия:

t_Rmax≤t_Rmaxдоп.; (1.20)

t_Сmax≤t_Сmaxдоп.; (1.21)

t_Нmax≤t_Нmaxдоп. (1.22)

При несоблюдении условий необходимо произвести выбор навесных компонентов с большей допустимой рассеиваемой мощностью или с большей t_Ндоп., или выбрать материал для подложки с более высоким коэффициентом теплопроводности.

Если Ро≥Ро’, то это значит, что необходимый тепловой режим микросхемы не обеспечивается и следует перейти к разработке новых требований на топологию, соблюдение которых обеспечивало бы заданный тепловой режим.

Эта задача решается соответствующим выбором минимально необходимых зон защиты, предохраняющих термокритичные элементы от влияния других менее термокритичных (термостабильных) элементов.

Термокритичные элементы рекомендуются располагать группами с общей зоной защиты, что облегчает их тепловой режим при одновременном уменьшением площади поверхности подложки, занятой зонами защиты.

Ширина зоны защиты Н определяется по формуле:

Н=h*δ (м), (1.23)

где δ – приведенная длина подложки;

h – коэффициент, определяемый из рис. 1, 2.

Для пользования графиками, необходимо рассчитать коэффициенты:

, (1.24)

где А – ширина защищаемой зоны.

Рис. 1. График для расчета зон Рис. 2. График для расчета

защиты термокритичных элементов зон защиты термокритичных элементов

при двухсторонней защите. при защите по периметру.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА.

1. Выбрать конструкцию корпуса.

2. Определить тепловое сопротивление r_T и приведенную толщину δ в зависимости от типа корпуса по формулам (1.1) – (1.12).

3. Исходя из геометрических размеров и рассеиваемых мощностей, рассчитать перегрев навесных элементов Θ_Нi по формуле (1.14).

4. Рассчитать допустимую удельную мощность рассеяния Ро’ на поверхности подложки при произвольном размещении на ней тепловыделяющих элементов по формуле (1.13)

5. Проверить выполнение условия (1.15). При выполнении условия произвести расчет максимальных температур элементов микросхемы по формулам (1.16) – (1.19).

6. Проверить выполнение условий (1.20) – (1.22). При невыполнении условия (1.15) необходимо разработать новые требования на топологию.

7. Определить форму зон защиты.

8. Определить ширину зон защиты по формуле (1.23).

9. Проверить выполнение условий (1.20) – (1.22). При выполнении условий (1.20) – (1.22) произвести расчет максимальных температур элементов по формулам (1.16) – (1.19).

10. При невыполнении условий (1.20) – (1.22) следует изменить топологию таким образом, чтобы условие выполнялось.

Задание для самостоятельной работы.

Рассчитать параметры теплового режима гибридных интегральных микросхем в соответствии с вариантом.

Таблица 1. Варианты заданий для расчета

№ вар.	Тип МСБ	Тип заливки	Тип конструкции	Форма зон защиты	δп, *10^-3 м	tн max доп , ^0С	tс max доп , ^0С	tR max доп , ^0С	tк, ^0С	PHi, Вт	RT.ВHi, К/Вт	lXHi = lYHi, м	Р0, Вт/м^2	А, м
	тонкопленочная	односторонняя		двусторонняя	0,6					0,001	0,009	0,006	0,006	0,011
	толстопленочная	двухсторонняя		по периметру	1,1					0,005	0,095	0,007	0,007	0,01
	толстопленочная	односторонняя		двусторонняя	1,3					0,006	0,01	0,009	0,009	0,011
	толстопленочная	двухсторонняя		по периметру	1,4					0,007	0,011	0,095	0,095	0,01
	толстопленочная	односторонняя		двусторонняя	1,4					0,009	0,01	0,01	0,01	0,012
	тонкопленочная	двухсторонняя		по периметру	0,6					0,095	0,011	0,011	0,011	0,009
	тонкопленочная	односторонняя		двусторонняя	0,6					0,01	0,01	0,01	0,01	0,095
	толстопленочная	двухсторонняя		по периметру	1,1					0,011	0,012	0,011	0,011	0,01
	толстопленочная	односторонняя		двусторонняя	1,3					0,01	0,009	0,01	0,01	0,011
	толстопленочная	двухсторонняя		по периметру	1,4					0,011	0,095	0,012	0,012	0,01
	толстопленочная	односторонняя		двусторонняя	1,4					0,01	0,01	0,015	0,015	0,011
	тонкопленочная	двухсторонняя		по периметру	0,6					0,012	0,011	0,012	0,012	0,01
	тонкопленочная	односторонняя		двусторонняя	0,6					0,015	0,01	0,014	0,014	0,012
	толстопленочная	двухсторонняя		по периметру	1,1					0,012	0,011	0,015	0,015	0,012
	толстопленочная	односторонняя		двусторонняя	1,3					0,014	0,01	0,02	0,02	0,015
	толстопленочная	двухсторонняя		по периметру	1,4					0,015	0,012	0,022	0,022	0,012
	толстопленочная	односторонняя		двусторонняя	1,1					0,02	0,012	0,019	0,019	0,014
	тонкопленочная	двухсторонняя		по периметру	0,6					0,022	0,015	0,02	0,02	0,015
	тонкопленочная	односторонняя		двусторонняя	0,6					0,019	0,012	0,015	0,018	0,015
	толстопленочная	двухсторонняя		по периметру	1,4					0,02	0,014	0,02	0,017	0,02
	толстопленочная	односторонняя		двусторонняя	1,3					0,018	0,015	0,022	0,018	0,022
	толстопленочная	двухсторонняя		по периметру	1,1					0,017	0,02	0,019	0,001	0,019
	толстопленочная	односторонняя		двусторонняя	1,3					0,018	0,022	0,02	0,01	0,02
	тонкопленочная	двухсторонняя		по периметру	0,6					0,001	0,019	0,018	0,011	0,018
	толстопленочная	односторонняя		двусторонняя	1,3					0,01	0,02	0,017	0,02	0,018
	толстопленочная	двухсторонняя		по периметру	1,1					0,011	0,018	0,018	0,019	0,001
	толстопленочная	односторонняя		двусторонняя	1,4					0,02	0,018	0,001	0,022	0,01
	толстопленочная	двухсторонняя		по периметру	1,4					0,019	0,001	0,01	0,019	0,018
	тонкопленочная	односторонняя		двусторонняя	0,6					0,01	0,01	0,011	0,02	0,018
	толстопленочная	двухсторонняя		по периметру	1,1					0,009	0,011	0,02	0,018	0,001

Дата добавления: 2015-06-29