- •Оглавление
- •Статистический анализ модели СФ-блока
- •Физическое проектирование
- •Элементы подсистем синхронизации для СФ-блоков
- •Синхрогенераторы для СФ-блоков
- •Пример.
- •Элементы защиты от электростатического разряда
- •Система параметров теплового режима ИМС
- •Контроль тепловых режимов
- •Управление проектами
- •Организация связи и обмена информацией с фабриками
- •Управление ресурсами
- •Обязанности главного конструктора
- •Создание имиджа и торговой марки компании
- •Задачи подготовки производства
Глава 9. Тепловые процессы в интегральных микросхемах
Система параметров теплового режима ИМС
Тепловая мощность, рассеиваемая ИМС. Тепловая мощность равна электрической мощности с учетом мощности, передаваемой в нагрузку. Если втекающий ток считать со знаком плюс, а вытекающий – со знаком минус, то
PT = ICCVCC + nIol − mIoh Uoh , |
(9.1) |
где Uol и Uoh – выходные напряжения низкого и высокого уровней; n и m – число выходов, находящихся в состояниях высокого и низкого уровней.
Максимально допустимая рабочая температура. Рабочая температура микросхемы ограничивается как следствие изменения электрических параметров или как фактор снижения надежности изделия. Все эти процессы связаны с полупроводниковым кристаллом. Однако в процессе эксплуатации невозможно контролировать температуру кристаллов, поэтому температура кристаллов должна быть обеспечена конструкцией ИМС, при этом контролируемым параметром является температура корпуса или окружающей атмосферы. Рабочую
температуру кристаллов ограничивают величинами 110 – 190 °С.
Наиболее часто принимается величина 150 °С. Температуры корпуса и атмосферы должны быть соответственно ниже.
Предельно допустимые температуры окружающей среды и корпуса
ИМС выбираются из регламентированного ряда: 70, 85, 100, 125, 155 °С, установленного стандартами. Температуру атмосферы контролировать проще, но при этом надо обязательно четко определить условия охлаждения ИМС. Параметром, характеризующим микросхему, служит предельно-допустимая температура корпуса.
Тепловое сопротивление RT. Единицей измерения RT является [град/Вт] или [К/Вт] и определяется как отношение разности температур к выделяемой тепловой мощности.
Тепловое сопротивление полупроводниковый кристалл-корпус Rср характеризует конструкцию ИМС (внутреннее тепловое сопротивление), тепловое сопротивление корпус-среда Rpm – условия охлаждения ИМС (внешнее тепловое сопротивление). Полное тепловое
98
сопротивление Rtt является интегральной характеристикой условий охлаждения ИМС ( Rtt = Rср + Rpm).
Переходное тепловое сопротивление RT1 и тепловая постоянная времени τT определяют процессы разогрева и охлаждения ИМС при включении и выключении электрической мощности. Постоянная времени определяется теплоемкостью ИМС CT [Дж/К] и полным тепловым сопротивлением Rtt,
τT = CTRtt ;
RT (t) = RT1(1− exp(−t / τT )) – включение;
RT (t) = RT1 exp(−t / τT ) – выключение. |
(9.2) |
Коэффициент теплопроводности материалов G [Вт/м·К] или [Вт/см·К].
Значения коэффициентов теплопроводности некоторых материалов, используемых в ИМС, следующие:
–кремний – 1,2 Вт/см·К, арсенид галлия – 0,47 Вт/см·К;
–пластмасса корпусов – 0,009;
–ковар (материал выводов) – 0,18;
–керамика – от 0,132 до 0,167;
–стеклотекстолит печатных плат – 0,0037;
–эвтектический сплав кремний-золото – 1,5.
Тепловое сопротивление стержня с любой формой сечения
RT = l /(GA) , |
(9.3) |
где l – длина стержня; А – площадь его сечения; G – коэффициент теплопроводности материала.
Коэффициент теплоотдачи α. Если теплопроводящая структура неоднородная и состоит из нескольких слоев, то на границах этих слоев возникают перепады температур, а градиент температуры стремится к бесконечности. Для описания процесса теплопереноса через границы используется коэффициент теплоотдачи α [Вт/м2·К] или [Вт/см2·K]. Тепловое сопротивление границы площадью А равно
RT =1/(αA) . |
(9.4) |
Контакты между телами могут иметь тонкие прослойки, размерами которых можно пренебречь по сравнению с размерами контактирующих тел, например, слой клея между кристаллом и основанием корпуса, слой пасты между основанием корпуса и теплоотводом. В этом случае
99