Приклад системи охолодження мікропроцесора

Лекція №4

В керамічному корпусі з жорсткими штирьовими виводами та приєднаним радіатором.

Рис. 4. Система охолодження мікропроцесора

1 – кремнієвий чип;

2 – керамічна основа корпусу (кераміка 22 ХС);

3 – керамічна кришка корпусу (кераміка 22 ХС);

4 – виводи корпусу (молібден);

5 – радіатор;

6 – рамка внутрішніх виводів чипу – поліомід з алюмінієвими шипами товщиною 0,03 мм;

7 – друкована плата;

8 – гніздо виводу на друкованій платі;

9 – шар з’єднання радіатора 5 до кришки корпусу 3.

P – потужність, яка виділяється на поверхні кристалу;

D_уп – ділянка друкованої плати, що забезпечує охолодження мікропроцесора.

Для виконання наступних наближених розрахунків визначимо еквіваленти:

- еквівалентний зовнішній діаметр корпусу ;

- еквівалентний зовнішній діаметр чипу ;

- еквівалентний діаметр шахти корпусу .

Розглядаючи систему, виділити два основних шляхи відведення теплової енергії від чипу.

Шлях 1: від чипу через кришку корпусу 3, шар з’єднання 9, радіатор 5 і далі кондукціеює в зовнішнє середовище.

Шлях 2:

а) від чипу через основу корпусу, виводи корпусу до друкованої плати;

б) через ділянку друкованої плати в зоні контактів на зворотню сторону і через неї в зовнішнє середовище кондукцією;

в) через периметр друкованої плати за зоною контактів до ділянки друкованої плати, що прилягає до периметру контактів із зовнішнім розміром (еквівалентним діаметром D_уп) і далі через цю ділянку кондукцією в зовнішнє середовище.

В загальному вигляді для теплових розрахунків навіть такої спрощеної задачі необхідно використати складний математичний апарат для вирішення об’ємних теплових процесів в системі з розподіленими параметрами. Ми обмежимося одномірними еквівалентами.

Припустимо, що теплова енергія Р розповсюджується через чип, його тепловий опір R_ч кондукцією до внутрішніх поверхонь кришки і основи корпусу, а далі через товщину кришки і корпусу до протилежних зовнішніх поверхонь основи і кришки корпусу через відповідні теплові опори кришки R_к і основи R_ос кондукцією. Це дозволяє нам нарисувати початок теплової схеми:

Таке припущення має право із тієї причини, що основа і кришка корпусу з’єднані через шар металу із низьким тепловим опором для зменшення вцілому теплового корпусу IMC.

По шляху 1 тепло від поверхні кришки через шар з’єднання 9, його опір R_ш підходить до радіатора і через радіатор (нехтуємо опором кондукцією радіатора) надходить через поверхню конвекцією (його опір R_р) в зовнішне середовище.

Далі по шляху 2. Тепло через виводи, опір R_в іде до зони друкованої плати з гніздами. Звідси тепло кондукцією через ділянку друкованої плати в зоні виводів іде в зовнішнє середовище через тепловий опір R_пп1. Крім того теплова енергія із периметру ділянки плати в зоні контактів кондукцією розповсюджується до ділянки друкованої плати, що прилягає до периметру IMC мікропроцесора і забезпечує далі його охолодження кондукцією. Позначимо еквівалентний опір цієї ділянки кондукцією R_gn21 та конвекцією R_{gn22 .}

Дата добавления: 2014-01-07