Материал: Моделирование температурных полей микроэлектронных устройств и приборов методические указания к лабораторным работам
температуры. При этом все остальные тела системы рассматриваются в качестве одного тела, называемого эффективным, т. е.
тепловые связи между ними считаются идеальными. В резуль-
тате, вместо системы N уравнений получаем систему двух уравнений для перегревов выделенного тела υi и эффективного – υЭ:
C |
|
d |
i |
|
( |
|
|
|
) |
|
|
|
P , |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
d |
|
|
|
|
ic |
|
|
iэ |
|
|
i |
|
|
iэ |
э |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3) |
C |
|
d |
Э |
( |
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
P |
, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Э |
d |
|
|
|
ЭС |
|
|
|
iЭ |
|
Э |
|
|
iЭ |
|
i |
Э |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
с начальными условиями
|
|
|
|
|
|
|
|
(0) 0, |
Э |
(0) 0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
где |
C |
Э |
|
|
C |
, P |
|
|
P , |
ЭС |
|
|
|
jC |
, |
iЭ |
|
|
|
ji |
, |
||
|
|
|
i |
Э |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
j 1, j i |
|
|
|
|
j 1, j i |
|
|
|
j 1, j i |
|
|
|
|
j 1, j i |
|
|
|||
(4)
Решение системы (3) – (4) для υi имеет вид
|
|
|
|
|
CT |
L exp( m ) M exp( m ), |
|
|||
|
|
i |
i |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
i |
Э |
|
||
где |
i |
PЭ |
Рi |
(1 ЭС |
/ iЭ ) / iC |
ЭС (1 iC |
/ iЭ |
|||
|
СТ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стационарный перегрев i – го тела;
L m |
|
/(m |
|
|
m |
) |
CT |
|
|
/ С |
|
/(m |
|
|
|
m |
)P |
/ |
|
|
; |
|||||||||||||||||||
Э |
Э |
i |
|
iЭ |
i |
Э |
|
iЭ |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
i |
|
|
|
|
||||||||||
m 0.5 A |
( A |
2 |
|
4D) |
0.5 |
, m |
0.5 A ( A |
2 |
|
4D) |
0.5 |
; |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A ( |
iЭ |
|
iC |
) / C |
i |
( |
iЭ |
|
|
ЭС |
) / С |
Э |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
D |
iЭ |
/ C |
i |
/ C |
Э |
( |
iC |
|
|
|
ЭС |
|
|
iC |
|
ЭС |
|
|
/ |
iЭ |
); |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
M m |
|
/(m |
|
m |
) |
CT |
|
|
|
/ С |
|
|
/(m |
|
|
m |
|
)P |
/ |
|
|
. |
|
|
||||||||||||||||
i |
Э |
i |
|
iЭ |
i |
|
Э |
|
|
iЭ |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
i |
|
|
|
|
|
||||||||||
)
(5)
|
- |
4
Тепловые проводники, входящие в управление, вычисляется по формула
( |
л |
|
)S. |
|
к |
|
(6)
где S - площадь поверхности корпуса стойки или блока при определении проводимостей блок-среда, корпус-среда, воздухблок и воздух-корпус или площадь взаимодействующих поверхностей при определении проводимостей блок-блок и блоккорпус;
αл, αк - коэффициенты теплоотдачи излучением и конвекцией.
Определение αл осуществляется на основании закона Сте- фана-Больцмана αк - по критериальным уравнениям. Для оценочных расчетов рекомендуются следующие значения: αл = 6 Вт/(м²К), αк = 12; 9; 6 Вт/(м²К) - для верхних, боковых и нижних поверхностей, соответственно.
3. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЕГО ВЫПОЛНЕНИЮ
3.1.1 Общие сведения
Все модули AOC объединены в один исполняющий файл tpl.exe, их названия и назначения приведены в таблице 1.
Таблица 1
Используемые модули
Название модуля |
Назначение модуля |
|
|
|
|
Autors |
Панель с краткими сведениями о про- |
|
грамме |
||
|
||
|
|
5
|
Продолжение табл. 1 |
|
|
|
|
Basa |
Обеспечение выбора радиоэлементов |
|
из базы данных |
||
|
||
|
|
|
labl, lab 1_2 |
Выполнение лабораторной работы №1 |
|
|
|
|
lab2, lab2_2 |
Выполнение лабораторной работы №2 |
|
|
|
|
lab3, lab3_2, |
Выполнение лабораторной работы №3 |
|
lab3_3 |
||
|
||
lab4, lab4_2 |
Выполнение лабораторной работы №4 |
|
|
|
|
lab5, lab5_2 |
Выполнение лабораторной работы №5 |
|
|
|
|
Lib |
Изменение базы данных радиоэлемен- |
|
тов |
||
|
||
|
|
|
Main |
Главное меню |
|
|
|
|
Soder |
Содержание теоретического материала |
|
|
|
|
Teoria |
Панель с теоретическим материалом и |
|
средствами навигации в нем |
||
|
||
Test |
Контроль знаний |
|
|
|
|
Topics |
Выбор тем для самостоятельного изу- |
|
чения |
||
|
||
|
|
При функционировании программы происходит обращение к базам данных. В табл. 2 перечислены названия баз данных и содержащиеся в них данные.
6
|
Таблица 2 |
|
Используемы AOC базы данных |
||
|
|
|
Название базы |
Содержание базы данных |
|
данных |
|
|
|
|
|
|
|
|
Элементы.txt |
База данных параметров радиоэлементов |
|
|
|
|
tree.txt |
Перечень типов радиоэлементов |
|
|
|
|
Bonpocы.txt |
Перечень контрольных вопросов |
|
|
|
|
Лекции. txt |
Теоретический материал |
|
|
|
|
Teмы.txt |
Перечень тем для самообучения |
|
|
|
|
lek.res |
Рисунки для теоретического материала, |
|
выполненные в виде файла ресурсов |
|
|
|
|
|
3.1.2 Используемые технические средства |
||
Для полноценной работы с программой достаточно IBMсовместимого компьютера с вычислительной мощностью обеспечивающей приемлемую работу с операционной системой WINDOWS в графическом разрешении 700x600. Для печати результатов расчета необходим принтер с программным обеспечением позволяющим ему работать в операционной системе WMDOWS. Желательна возможность цветной печати.
3.1.3 Входные и выходные данные расчетных программ
Для выполнения расчета тепловых характеристик стойки РЭС (лабораторная работа №1) необходимы следующие данные: габаритные размеры стойки (длина, ширина, высота), значение теплоемкостей воздуха и корпуса, температура окружающей среды, тип охлаждения (естественное или принудительное), рас-
7
ход воздуха (в случае принудительного охлаждения), количество блоков в стойке, мощности тепловыделения блоков, тепловые проводимости блок-корпус, блок-воздух, блок-блок и значения теплоемкостей блоков. В результате расчетов будут получены значения перегревов для блоков, газовой среды и корпуса стойки с момента начала наблюдения и до установления стационарного режима.
Исследование теплового режима блока РЭС (лабораторная работа №2) потребует знания следующих параметров: размеры блока (длина, ширина, высота), тип охлаждения, расход воздуха, количество печатных плат в блоке, расстояние между платами, температура окружающей среды, размеры плат, мощности тепловыделения печатных плат. Результатами расчета будут значения среднеповерхностной температуры корпуса блока, средней температуры нагретой зоны, среднеобъемной температуры воздуха и средние температуры печатных плат.
Для моделирования температурных полей модулей на печатной плате (лабораторная работа №3) необходимы размеры печатной платы (длина, ширина, толщина), температура окружающей среды, тип охлаждения, скорость обдува, коэффициент теплопроводности платы, толщина зазора под элементами, теплопроводность материала зазора (воздуха), число элементов на плате, геометрические размеры элементов, координаты центров элементов и их мощность. В результате расчетов будут получены собственные перегревы и температуры радиоэлементов, а также температурная карта печатной платы.
Моделирование температурного поля и расчет надежности интегральной микросхемы (лабораторная работа №4) потребует введения размеров основания корпуса ИМС (длина, ширина, толщина), размеров кристалла (длина, ширина), также необходимо знать тип корпуса (пластмассовый или керамический), вид РЭА в которой используется данная ИМС (лабораторная, переносная, корабельная, автомобильная или железнодорожная), коэффициент теплопроводности основания, мощность рассеивания
8