Тепловое сопротивление. Примеры распределения тепловых сопротивлений в конструкциях сенсоров

Требования к тепловому управлению могут быть самыми разнообразными, а иногда и противоречивыми в зависимости от характера применения. Основная роль теплового управления для электронной упаковки состоит в охлаждении интегральной схемы во время работы. Термический анализ аналогичен пониманию электрических сетей. Сеть резисторов является адекватной моделью первого порядка, чтобы понять поток тепла и температуры узлов. Тепловое сопротивление θ элемента равно отношению разности температур на элементе к тепловому потоку, что эквивалентно закону Ома для теплового потока. Для простой плиты площадью А и длины L, θ равен L / (κA), где κ - коэффициент теплопроводности материала (рис 8.2).

Рис. 8.2. Компоненты термического сопротивления для гипотетической микроструктуры, включая производящий тепло элемент температуры TH (TH – собственная температура мембраны (точнее, пьезоэлектрического элемента)), встроенный в подвешенную мембрану. Устройство собрано в корпусе, поддерживающем низкую температуру TL. Температура окружающей среды - ТЕ.

Характер применения строго влияет на тепловое управление. Например, в типичных датчиках давления, которые рассеивают несколько милливатт на площади в несколько квадратных миллиметров, ролью тепловой управления является обеспечение долгосрочной термостойкости пьезорезистивных элементов. При этом в мембране не должны возникать температурные градиенты. В некоторых случаях, поддержание элемента при постоянной температуре, которая выше температуры окружающей среды, приносит пользу производительности. Управление температурным режимом на уровне упаковки должно принимать во внимание все тепловые составляющие на уровне матрицы. Например, корпус упаковки тепловизора должен находиться в постоянном вакууме для устранения конвективной потери тепла взвешенных пикселей зондирования.
Тепловые исполнительные механизмы могут рассеивать значительную мощность. Это может быть несколько ватт для термоактюатора, который вырабатывает силу 100 млн при смещении 100 мкм. С эффективностью, как правило, ниже 0,1%, большая часть мощности рассеивается в виде тепла, которое должно быть удалено через подложку и упаковку корпуса. В этом случае, тепловые управление имеет много общего с тепловым управлением электронных интегральных схем.

Date: 2016-01-20; view: 482; Нарушение авторских прав