• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Алгоритм розрахунку температури поверхні чипу ІМС процесора

Лекція №5

Для розрахунку температури поверхні чипу необхідно у визначеній загальній тепловій схемі (Рис. 5) знайти значення теплових опорів окремих теплових елементів. Далі шляхом еквівалентних перетворень схеми привести до виду:

Де R_∑ - сумарний тепловий опір системи охолодження поверхні чипу;

θ₁ – температура поверхні чипу, яку необхідно визначити;

Р – потужність, яка виділяється на поверхні чипу.

На основі схеми Рис. 6. складаємо рівняння:

θ₁ – θ₂ = Р · R_∑ , звідси

θ₁ = Р · R_∑ + θ₂

Виникає питання, від чого залежить потужність, що виділяється на поверхні чипу в сучасних цифрових ІМС. Відомо, що сучасні цифрові ІМС побудовані на основі комплементарних метало-окисел напівпровідникових (КМНО) структур, в яких основні витрати енергії визначаються витратами на перезарядку паразитних електричних ємностей, що визначаються елементами діелектричної ізоляції елементів самих структур.

Розглянемо крайній випадок. Електричну ємність визначимо площею чипу, наприклад S = 1 см², та товщиною діелектрика, наприклад d = 0,1 мкм, матеріал діелектрика SiO₂, ε ≈ 4, то:

Тактова частота f_t = 2 ГГц = 2·10⁹ Гц;

Напруга переминання U = 1В.

Відомо, що енергія, яка необхідна на заряд конденсатора С від джерела постійного струму з напругою U складе CU²; причому половину цієї енергії CU²/2 витрачається на схемі заряду ємності, половина накопичується на конденсаторі, яка після витрачається на елементах електричної схеми при розряді конденсатора.

При наведених даних потужність Р, що буде виділятись на чипі наближено в крайньому випадку можна визначити:

Р = f_t ·CU² = 2·10^-9·3,5·10^-8 ≈ 70 Вт

Наведене показує, що енергії, пов’язаної з пере зарядом паразитних ємностей чипу суттєво залежить від рівня технології (проектно технологічних норм – товщини діелектрика), тактової частоти та розмірів чипу. І для швидкодіючих чипів вона складає не менше одиниці ват.

Визначення R_ч кондукцією від поверхні чипа до його основи.

де h_ч – товщина;

S_ч – площа;

λ_ч – коефіцієнт теплопровідності матеріалу чипу (кремнію λ_Si = 150 [Вт/м°С]).

Приймаємо h_ч = 0,7 мм; S_ч = 1 см², тоді

Визначення R_кр теплового опору кришки від зони її з’єднання з основою до протилежної поверхні:

де h_к – товщина; S_ч – площа; λ_ч – коефіцієнт теплопровідності матеріалу кришки (корпусу).

Приймаємо h_к = 2 мм; S_ч = 25 см²; λ_к = 8 [Вт/м°С], матеріал 22ХС – кераміка на основі окислів Al₂O₃, тоді:

Визначення теплового опору шару R_ш між поверхнею кришки та поверхнею радіатора.

Тут можна розглядати різні варіанти передачі теплової енергії між поверхнями кришки та радіатора:

ü шар може бути у вигляді тонкого газового або рідинного прошарку, який забезпечує передачу тепла між поверхнями конвекцією;

ü шар може бути у вигляді тонкого прошарку теплопровідної пасти у вигляді гелю, який між поверхнями передає тепло кондукцією.

Для першого випадку тепловий опір конвекцією, нехтуючи товщиною шару і тепловим опором його кондукцією, тепловий опір можна визначити:

де S_ш – площа шару;

α_кш, α_кш – коефіцієнти тепловіддачі конвекцією кришка–шар (α_кш), та шар–радіатор (α_кш).

Враховуючи малу товщину шару, та високий при цьому градієнт температури в шарі, то можуть створюватися умови передачі теплової енергії від природних до примусових конвекцією як для газу, так і для рідини.

Тому коефіцієнти тепловіддачі α_кш і α_кш можуть знаходитися в діапазоні значень:

- для газового шару 2÷150 [Вт/м°С];

- для шару рідини 200÷3000 [Вт/м°С].

Якщо обмежимося можливими реальними значеннями для газового шару 30÷100 [Вт/м°С] та шару рідини 300÷1000 [Вт/м°С], то:

Наведені значення опорів R_{ш рід} та R_{ш газу} показують можливі реально значення R_ш коли має місце якісний тепловий контакт між радіатором і корпусом ІМС, або він втрачений в процесі експлуатації.

Тепловий опір радіатора R _р. Обмежимося тільки опором конвекцією між поверхнею радіатора та середовищем (опором кондукцією по матеріалу радіатора знехтуємо).

де S_р – площа поверхні радіатора, що віддає тепло;

α_р – коефіцієнти тепловіддачі.

Приймаємо α_р = 10÷100 Вт/м²·°С; S_р = 50÷300 см², тоді:

Визначення теплового опору основи R_ос від зони її з’єднання з кришкою до протилежної сторони (зони виводів):

де h_ос – товщина; S_к – площа основи корпусу; λ_ос – коефіцієнт теплопровідності матеріалу основи корпусу.

Приймаємо h_ос = 2 мм; S_к = 25 см²; λ_ос = 8 Вт/м°С, тоді:

Тепловий опір виводів R_в:

де h_в – довжина; S_в – площа перетину; N_в – число виводів; λ_в – коефіцієнт теплопровідності матеріалу виводів.

Приймаємо N_в = 400 одиниць; h_в = 1 мм; S_в = 1 мм²; λ_в = 120 Вт/м°С, тоді:

Тепловий опір ділянки контактної зони друкованої плати R_{дп 11} кондукцією з однією на протилежну її сторону:

де h_дп – довжина; S_з – площа зони контактів друкованої плати; λ_дп – коефіцієнт теплопровідності плати.

Приймаємо h_дп = 3 мм; S_з = 25 см²; λ_дп = 10 Вт/м°С, тоді:

Тепловий опір конвекцією контактної зони друкованої плати R_{дп 12}:

де α_{дп 12} – коефіцієнти тепловіддачі ділянки контактної зони друкованої плати;

S_з – площа зони;

Приймаємо α_{дп 12} = 5 Вт/м²°С, тоді:

Тепловий опір кондукцією ділянки друкованої плати R_{дп 21} від зони контактів до зовнішнього периметру ділянки друкованої плати, який відноситься до ІМС.

де D_пв – ефективний діаметр зони контактів;

D_пз – ефективний діаметр ділянки плати ІМС.

D_пз = ,

де S_n – площа плати, що відноситься до ІМС.

Приймаємо D_пв/D_пв = 2, тоді:

Тепловий опір ділянки друкованої плати конвекцією за межами ділянки контактної зони:

де α_{дп 22} – коефіцієнти тепловіддачі ділянки за межами контактної зони;

S_п – площа ділянки друкованої плати, що відноситься до ІМС.

Приймаємо α_{дп 22} = 10÷100 Вт/м²·°С; S_п = 100 см², тоді:

Приведемо еквівалентну схему з визначеними величинами теплових опорів.

θ₁ = θ₂ + Р · R_∑ = 20 + (10 ÷ 100) = 30 ÷ 120 °С

Читайте також:

1. Rete-алгоритм
2. Алгоритм
3. Алгоритм
4. Алгоритм 1.
5. Алгоритм RLE
6. Алгоритм безпосередньої заміни
7. Алгоритм Берлекемпа-Мессі
8. Алгоритм відшукання оптимального плану.
9. Алгоритм Дейкстри.
10. Алгоритм Деккера.
11. Алгоритм Деккера.
12. Алгоритм діагностики при травмах живота.

Переглядів: 1048