Моделирование стационарного температурного поля гибридно-пленочной интегральной схемы методом электрических сеток

Министерство образования Российской Федерации

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

кафедра  КиПР

Лабораторная работа №4

по предмету: ТМО

“Моделирование стационарного температурного поля гибридно-пленочной

интегральной схемы методом электрических сеток”

                      Выполнили: студенты гр.   Р30-3

Печенюк Д.А.

Баженов К.С.

                                                            Проверил: Круглик И.В.

Красноярск

2003

Цель работы: изучение принципов расчета и построения электрической модели в виде резистивной сетки на примере моделирования теплообмена в конструкции гибридной – пленочной интегральной схемы ( ГПИС ).

 Задачи работы:

1. Ознакомление с основами электротепловой аналогии и принципами сеточной модели теплового объекта.

2. Расчет параметров резистивной электрической сетки для моделирования стационарного температурного поля ГПИС.

3. Построение сетки и проведение на ней измерений.

4. Восстановление температурного поля объекта.

1. ХОД РАБОТЫ

1.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

                                                                                                                                             Таб.1.1

Размер корпуса, мм	Размер подложки, мм	Толщина подложки, мм	Материал подложки	Материал клеевого слоя	Толщина клеевого слоя, мм	Шаг сетки, мм
20*22*4,5	15*15	0,5	Ситал	Эп.комп.	0,2	1,67

Коэффициент теплопроводности ситала 1,45 Вт/м*К.

Коэффициент теплопроводности эпоксидного компаунда 0,9 Вт/м*К.

Рассчитаем масштабные коэффициенты. Для простоты полагаем что K_L = 1. Для задания масштаба температуры примем, что перегреву соответствует напряжение , откуда:

                                                                                                         (1.1)

По заданным размерам подложки и известному числу шагов (9 по каждой координате) определим величины шагов:

                                                                                        (1.2)

При проведении эксперимента между узлами установки были включены сопротивления . Так как коэффициент теплопроводности подложки задан, то:

                       Вт*Ом/К                 (1.3)

                                 Вт/А                          (1.4)

Сопротивление подложки:

                        Ом                        (1.5)

Сопротивление клеевого слоя:

                            Ом                            (1.6)

Сопротивление элементарного объема в направлении нормали к поверхности подложки складывается из сопротивления подложки и сопротивления клеевого слоя:

                             Ом                  (1.7)

В узлах лежащих на ребрах сетки (т. е.  во всех по периметру, кроме угловых):

                                    Ом                           (1.8)

а в углах:

                                Ом                            (1.9)

Сопротивление резистора:

             Ом    (1.10)

Определим токи, имитирующие источники тепла. Для узла с номером 5 – 4:

                                                                                 (1.11)

Определим мощности тепловыделений двух резисторов (мощность тепловыделения одинаковая):

                                                                                                  (1.12)

                                                                      (1.13)

                                                                                                  (1.14)

                                                                            (1.15)

                                                                                                                (1.16)

Токи вводимые в узлы:

                                                      (1.17)

                      (1.18)

                                                  (1.19)

Задавшись величиной U_V = 10 В, определим сопротивления R_V задающие ток: 

                                          (1.20)

                                                                (1.21)

                                          (1.22)

Произвел пересчет электрических напряжений в сеточной модели в температуры соответствующих точек объекта по масштабному коэффициенту К_Т. Напряжение в точке S относительно клеммы питания перевел в перегрев корпуса относительно среды, а напряжения во всех узловых точках относительно точки S – в перегрев соответствующих точек ГПИС относительно корпуса.

Потенциал точки S относительно общего провода схемы . Соответствующий перегрев:

                                                                                  (1.23)

                                                                                           Таб.1.3.

           

 Для каждого узла (Таб.1.3.) в числителе приведено в кельвинах, а в знаменателе в вольтах. По экспериментальным данным Таб.1.3. построим распределения изотерм:

Температурная зависимость перегрева относительно корпуса.