3.2 Расчёт теплового сопротивления корпуса ис микросхемы dd1

При использовании тепловых режимов некоторых конструкций возникает задача определения теплового сопротивления от интегральной схемы к корпусу блока. Определим тепловое сопротивление при передаче тепловой энергии от корпуса ИС к блоку по твёрдым частям конструкции. Элементы конструкции, по которым передаётся тепло: зазор между корпусом ИС и теплопроводящей шиной заполнен теплопроводящим материалом; от шины тепло передаётся через тепловые контакты на каркас субблока и от каркаса субблока к стене блока.

Полное тепловое сопротивление

R_полн. = R₃ + R_ш1 + R_ш2 + R_ст + R_к ,где (3.2.1)

R₃ – тепловое сопротивление зазора;

R_ш – тепловое сопротивление между шиной и сторонами каркаса;

R_ст – тепловое сопротивление контакта шина – каркас субблока;

R_к – тепловое сопротивление стенки каркаса.

Рассчитать тепловое сопротивление от корпуса ИС

Исходные данные

1. Площадь основания корпуса S_k (м²) (м² = 10^{-6 м2}) – 24∙8

2. Толщина зазора между корпусом ИС и шиной h₃ (м) 0,4 ∙ 10^-2

3. Коэффициент теплопроводности материала, заполняющего зазор Λ₃=1,5 (Вт\мК)

4. Материал зазора – ситалл

5. Размер шины: ширина b_ш =0,02(м), высота h_ш =0,5 ∙ 10^-3 (м)

6. Расстояние от ИС от стенок каркаса L₁ =0,038 (м) , L₂ =0,015 (м)

7. Материал шины – медь

8. Коэффициент теплопроводности шины Λ_ш = 400 (Вт\мК)

9. Удельная тепловая проводимость контакта шина – каркас

á_к1 = á_к2 = 1,2∙10⁴(Вт\м²К)

10. Длина стенки каркаса L_k =0,088 (м)

Толщина стенки каркаса h_k =1,5 ∙ 10^-3 (м)

Ширина стенки каркаса b_k =0,42 ∙ 10^-3 (м)

11. Материал каркаса и его коэффициент теплопроводности Λ_k – сталь (Вт\мК)

Расчёт

3.2.1 Определяем тепловое сопротивление зазора

R₃ = h₃ \ (Λ₃ ∙ S_к) , (3.2.2)

R₃ = 0,4 ∙ 10^-2 \ (1,5 ∙ 192∙10^-6) = 0,04 \ 0,00029 = 137,93 (К/Вт)

Где h₃ – толщина зазора (в м)

Λ₃ – коэффициент теплопроводности материала зазора

S_k – площадь основания корпуса

Λ₃ – берём из таблицы 20.

Таблица 10

Материал	Коэффициент теплопроводности (Вт\мК)	Материал	Коэффициент теплопроводности (Вт\мК)
Серебро	390 – 410	Текстолит, стеклотекстолит	0,231 – 0,385
Алюминий	196	Стекло	0,74
Дюралюминий	160 – 180	Фарфор	0,854
Бронза	64	Керамика	7,0
Латунь	85,8	Ситалл	1,5
Медь	400	Поликор	30,0
Сталь	45,5	Картон плотный	0,230
Резина	0,15	Пенопласт	0,58
Эбонит, гетинакс	0,156 – 0,175	Воздух	2,76∙10-2
Слюда	0,583	Вода	0,635
Полихлорвиниловая пластмасса	0,443

3.2.2 Найдём площадь поперечного сечения теплопроводящей шины

S_ш = b_ш∙h_ш , (3.2.3)

S_ш = 0,02 ∙ (0,5∙10^-3)= 0,001 (м)

3.2.3 Определим тепловые сопротивления между шиной и сторонами каркаса

R_ш1 = L₁/( Λ_ш∙S_к) , (3.2.4)

R_ш1 = 0,038\ (400 ∙ (192∙10^-6)) = 0,49 (К/Вт)

R_ш2 = L₂/( Λ_ш∙S_к) , (3.2.5)

R_ш2 = 0,015\ (400 ∙ (192∙10^-6)) = 0,19 (К/Вт)

3.2.4 Определим тепловое сопротивление контакта шины с каркасом

Площадь контакта

S_к1 = b_ш∙h_к , (3.2.6)

S_к1 = 0,02 ∙ (1,5∙10^-3) = 0,00003 (м)

Где b_ш – ширина шины

h_к – толщина стенки корпуса

R_к = 1/( á_к1 ∙ S_к1 ) , (3.2.7)

R_к = 1/((1,2∙10⁴) ∙ 0,00003 ) = 2,77 (К/Вт)

á_к1 находим из таблицы 11.

Таблица 11

Материал	Коэффициент теплопроводности áк1∙104 Вт\мК	Материал	Коэффициент теплопроводности áк1∙104 Вт\мК
Медь – алюминий	12	Сталь – дюраль	8,4∙103
Медь – медь	10	Сталь – сталь	1,5∙103
Медь – дюраль	4,0	Сталь – краска-металл	500,0
Медь – сталь	1,2	Сталь – стекло	(0,6 – 2,3) ∙104
Медь – латунь	5,5	Сталь – сталь (резьба)	1,7∙103

3.2.5 Находим тепловое сопротивление стенки каркаса

R_ст = b_k / (Λ_k ∙b_k ∙ L_k) , (3.2.8)

R_ст = 0,42 ∙10^-3 / (45,5(0,42∙10^-3)0,088) = 0,00042/0,0017= 0,24 (К/Вт)

Где b_k – ширина корпуса

3.2.6 Находим тепловое сопротивление контакта

R_к = 1/( á_к2 ∙ S_k2 ) , (3.2.9)

R_к = 1/((1,2∙10⁴) ∙ 0,00013) = 0,63 (К/Вт)

,где S_k2 = h_к∙L_{k ,} (3.2.10)

S_k2 = (1,5∙10^-3) 0,088 = 0,00013 (м)

Где L_k – длина стенки корпуса

3.2.7 Полное тепловое сопротивление

R_полн. = R₃ + R_ш1 + R_ш2 + R_ст + R_к , (3.2.11)

R_полн. = 137,93 + 0,49 + 0,19 + 0,24 + 0,63 = 139,48 К/Вт

Тепловое сопротивление недостаточно велико, и введение теплоотводящей шины оправданно.