ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЛАГОЗАЩИТЫ МИКРОСХЕМ

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

Во второй части курсовой работы по дисциплине "Надежность ИЭТ" проводят расчет тепловых режимов фрагментов гибридных микросхем, кристаллов полупроводниковых ИС, а также оценку влагостойкости, полых и монолитных корпусов изделий микроэлектроники.

Основной метод защиты ИЭТ от воздействия таких дестабилизирующих факторов как температура, влажность, радиация, агрессивные среды является герметизация. Она осуществляется при помощи корпусов, в которые помещают как микросхемы, так и отдельные блоки МЭА, либо путем нанесения защитных покрытий непосредственно на поверхность микросхемы.

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ.

Большинство механизмов отказов изделий электронной техники являются термоактивированными: теплота, выделяющаяся в процессе работы микросхем при неблагоприятных условиях, вызывает перегрев элементов и ускоряет наступление отказов. Скорость (V) процессов деградации элементов достаточно точно описывает уравнение Аррениуса:

(2.1)

где Е_а – энергия активации процесса,

Т – абсолютная температура,

V₀, k – постоянные величины.

В силу экспоненциальной зависимости скорости деградации от температуры даже незначительный перегрев элементов приводит к резкому сокращению времени работы изделий до отказа. Так, если энергия активации процесса отказа микросхемы составляет 1,0 эВ, то увеличение температуры среды при эксплуатации с 85°С до 125°С вызывает ускорение процесса отказа в 30 раз.

В интегральных схемах мощность, рассеиваемая конденсаторами и индуктивностями пренебрежимо мала, основными тепловыделителями являются компоненты, активные элементы и резисторы. Дорожки металлизации имеют малое электрическое сопротивление и высокую теплопроводность, что способствует эффективному теплоотводу и выравниванию температуры платы ГИС или кристаллов ППИС.

Выбор метода герметизации должен обеспечить оптимальный тепловой режим работы схемы.

Основными понятиями, используемыми при проведении тепловых расчетов, являются:

· перегрев элемента (компонента) ИС (q, °С): разность между температурой элемента и средней температурой поверхности корпуса,

· максимально допустимая температура элемента (компонента) ИС (Т_{max доп}): это температура, при которой обеспечиваются требования по надежности,

· удельная мощность рассеяния (Р₀, Вт /°С): плотность теплового потока от элемента (компонента) ИС, кристалла или платы,

· максимально допустимая температура окружающий среды: температура среды в процессе эксплуатации (Т_c _max), заданная ТУ,

· внутреннее тепловое сопротивление элемента (компонента) или кристалла ИС (R_{т вн}, °С/Вт): тепловое сопротивление самого элемента (компонента, кристалла) и тепловое сопротивление контакта между этим элементом (компонентом) и платой (кристаллом и корпусом) с учетом теплового сопротивления клеевой прослойки.

Расчет теплового сопротивления проводится с учетом характера распределения теплового потока (рис. 2.1) и ряда допущений.

Считается, что:

· корпус изотермален, его температура во всех точках постоянна,

· коэффициенты теплопроводности (l_i) всех материалов конструкции ИС не зависят от температуры в рассматриваемом диапазоне,

· тепловыделяющие элементы ИС являются плоскими источниками тепла,

· теплопередачей через газовую среду внутри корпуса и приволочные выводы можно пренебречь.

А)В случае протяженного источника тепла, имеющего линейные размеры bхl (рис. 2.1, а), приl,b>>h весь тепловой поток сосредоточен под элементом ИС, плоскопараллелен и направлен к подложке:

(2.2)

где l_nи l_k – коэффициенты теплопроводности материала подложки и клея соответственно, Вт /м °С,

h_n и h_k – толщина подложки и клеевого слоя, м,

b и l – размеры контакта тепловыделяющего элемента с подложкой, м.

Б)При малых линейных размерах источника тепла тепловой поток становится расходящимся (рис. 2.1,б), увеличивается эффективность теплоотвода и падает тепловое сопротивление, которое рассчитывается:

(2.3)

Гдеg(q, r) –безразмерная функция поправок, значения которой определяются графиками (рис.2.2):

q = l / 2h

r = b / 2h

h = h_n + h_k

Расчет значения R_T или R_Тэфф по формулам (2.2-2.3) позволяет определить как перегрев элемента q_э, при известной рассеиваемой мощности Р_э, так и его температуру Т_э,:

(2.4)

(2.5)

где Т_с – температура окружающей среды,

Т_к – температура корпуса (Т_к = Т_с + q_к ),

q_k –перегрев корпуса относительно температуры окружающий среды.

Для определения температуры навесного дискретного компонента (Т_нк) ГИС следует учитывать перегрев области p-n – перехода относительно подложки (q_вн):

(2.6)

(2.7)

Расчет перегрева корпуса q_k , входящего в выражения (2.5) и (2.7), проводится при известных: конструкции корпуса, мощности рассеяния помещенных в корпус кристаллов или платы, способа монтажа ИС в составе узла или блока ИЭТ, способа охлаждения.

Сначала определяют тепловое сопротивление корпуса R_к:

(2.8)

где a – коэффициент теплопередачи, определяемый способом охлаждения, Вт/м² °С,

S_Т – площадь теплового контакта корпуса с теплоотводом, м²,

Перегрев корпуса можно оценить:

(2.9)

где Р_S – суммарная мощность, рассеиваемая ИС, Вт.

Соотношение (2.5) не учитывает перегрева за счет взаимного влияния соседних тепловыделяющих элементов, то есть положения тепловых потоков всех источников тепла данной микросхемы. Этот эффект частично учтен значением q_k.

Для обеспечения нормального по требованиям надежности теплового режима работы навесных компонентов и элементов ИС необходимо выполнение условий:

(2.10 а)

(2.10 б)

гдеТ_с _max – максимальная температура окружающий среды в процессе эксплуатации, задаваемая ТУ на прибор,

Т_max_доп – максимально допустимая рабочая температура элемента и компонента, оговариваемая в ТУ на компоненты или материалы пленочных элементов.

Для дискретных полупроводниковых приборов и ИС задают три уровня значений Т_max_доп (55, 85, 125 °С), для диодов и конденсаторов – два уровня (75 и 80 °С).

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 480; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!