9. Интегралды микросұлбалардың жылулық үрдістері

ИМС жылулық режимдеріндегі параметрлер жүйесі

Таралған ИМС-ның жылулық қуаты. Жүктемеге берілген, қуатты ескергенде жылулық қуат электрлі қуаттың мәніне тең болады. Егер кіріс тогын қосу таңбасымен, ал шығыс тогын алу таңбасымен белгілесе, онда:

(9.1)

және - төменгі және жоғарғы деңгейдегі шығыс кернеулері; n және m- шығыс сандары.

Максималды мүмкін болатын жұмыстық температура. Микросұлбаның жұмыстық температурасы электрлік параметрлер өзгерісінің немесе бұйым төзімділігінің төмендеу салдарымен шектеледі. Бұл үрдістердің барлығы жартылай өткізгішті кристаллдармен байланысты. Бірақ эксплуатация үрдісі кезінде кристаллдың температурасын қадағалап отыру мүмкін емес, сондықтан бұл ИМС-ның құрылымымен қамтамасыз етілу қажет, және бұл жерде қадағаланатын параметрлері болып қоршаған атмосфераның немесе корпустың температурасы саналады. Кристаллдың жұмыстық температурасының шамасы 110 - 190°С мәнінен артып кетпеу қажет. Көп жағдайларда 150°С өлшемі қолданылады. Атмосфера мен корпустың температуралары сәйкесінше төмен болады.

Қоршаған орта мен корпустың температураларының шекті мәндері реттемеленген қатардан таңдалады, яғни стандарттармен қабылданған 70, 85, 100, 125, 155°С, кез-келген мәнін қолдануға болады. Атмосфераның температурасын қадағалау оңай, дегенмен ИМС-ның салқындау шарттарын нақты анықтау қажет.

RT жылулық кедергісі. RT өлшем бірлігі ретінде [град/Вт] немесе [К/Вт] алынады, ол температура өзгерісінің таңдалған жылулық қуатқа қатынасымен анықталады. Rср жартылай өткізгіш кристалл-корпустың жылулық кедергісі ИМС-ның құрылысын (ішкі жылулық кедергі ), ал Rpm корпус - орта жылулық кедергісі - ИМС-ның салқындау шартын (сыртқы жылулық кедергі ) сипаттайды. Rtt жалпы жылулық кедергі ИМС-ның салқындау шартының интегралды сипаттамасы болып табылады ( Rtt= Rср+

Rpm ).

RT1 ауыспалы жылулық кедергі мен τT жылулық уақыт тұрақтысы электр қуатын қосылған және ажыратылған жағдайлар үшін, ИМС-ның қызуы мен салқындауын анықтайды. Уақыт тұрақтысы - жылусыйымдылығы CT [Дж/К] мен Rtt-толық жылулық кедергісінің мәндерімен анықталады.

- қосылған;

-ажыратылған (9.2)

ИМС-да қолданылатын кейбір материалдардың жылусыйымдылығының мәндері:

- кремний - 1,2 Вт/см·К, галлий арсениді - 0,47 Вт/см·К;

-корпстың пластмассасы– 0,009;

- ковар (шығыс материалы) - 0,18;

- керамика - от 0,132 до 0,167;

- баспа алаталарының айналық текстолиті- 0,0037;

- кремний-алтынның электрлі қоспасы -1,5.

Қиылысудың кез-келген түрі арқылы пайда болатын өзекшенің жылулық кедергісі келесідей анықталады:

мұндағы l- өзекшенің ұзындығы; А - қиылысу аймағы; G - материалдың жылуөткізгіштік коэффициенті

Жылу бергіштік коэффициенті α. Егер жылу өткізгіштік құрылымы біртексіз және де бірнеше қабаттан тұрса, онда бұл қабаттардың шекарасында температура төмендейді де, температураның градиенті шексіздікке ұмтылады. Осы шекарада жүретін жылу алмасу үрдісін сипаттау үшін α [Вт/м2·К] немесе [Вт/см2·K] өлшенетін жылу бергіштік коэффициенті қолданылады. А аймағының шекарасында жылулық кедергі тең:

Денелердің арасында өзара әсерлесудің нәтижесінен жіңішке қабатша туындайды, бұл қабатшаның өлшемдерін әсерлескен денелердің өлшемдерімен салыстыра отырып ескермеуге болады. Мысал ретінде кристалл мен негізгі корпустың арасындағы клей қабаты, жылу шығарылу мен негізгі корпус арасындағы паста қабатын айтуға болады. Мұндай жағдайларда жылу бергіштік коэффициенті қабатшалардың жылулық кедергілерін ескере отырып, денелердің арасында жылу алмастыруды сипаттайды.

α бірлік өлшемдерінің [Вт/см2·К] типтік мағыналары:

- ауадағы конвекция - 0,001 - 0,004;

- ауа ағынымен беттік қозғалысы - 0,004 - 0,01;

- судың табиғи конвекциясы - 0,03 - 0,06;

- клей қабатшасынан кремнийлі кристаллдың жылу алмасуы- 0,4 - 0,7;

- КПТ - 8 паста қабатшасынан кремнийлі кристаллдың жылу алмасуы - 2,2;

- бұрандамалар арқылы жалғанған металл беттердің арасындағы жылу алмасу - 0,45.