Тепловой расчет печатной платы реферат

Обновлено: 28.06.2024

Аннотация
В данной работе рассматривается проблема моделирования тепловых процессов в современных CАПР; подходы к проектированию систем тепловых расчетов. Дан анализ задачи методами ТРИЗ. Нерешенным является вопрос о необходимых и достаточных функциях таких систем. Для решения этой проблемы предложена концепция системы расчета тепловых режимов элементов; создание автономной вычислительной системы. Этот подход основан на сочетании упрощения вычислений, снижении требований к разработчикам и развитии открытого программирования.

Abstract
In this work the problem of modeling of thermal processes in modern CAD is considered; approaches to the design of thermal systems calculation. The analysis of the problem of TIPC methods is given. The question of necessary and sufficient features of such systems is unresolved. To solve this problem, a concept of the system of calculation of thermal modes of the elements; creating standalone computing system. This approach is based on a combination simplify the calculations, reducing the requirements for developers and open source software development.

Введение

Модуль РЭА представляет собой сложную систему тел с множеством внутренних источников тепла. Точное аналитическое описание температурных полей невозможно из-за громоздкости задачи и неточности исходных данных. При ручном расчете используют приближенные методы анализа и расчета. Как правило, расчет производится для одного элемента, наиболее критичного по воздействию температур. Такой элемент обладает самой низкой положительной допустимой температурой среди элементов, образующих нагретую зону.

Анализ теплового воздействия на элементы систем является одной из важнейших задач проектирования. Для радиоэлектроники отклонение температуры от заданных диапазонов может привести к необратимым структурным изменениям элементов, изменением диэлектрических свойств материалов, ускорить коррозию материалов либо повысить их хрупкость. При проектировании электронных средств, с точки зрения теплового режима, необходимо учитывать не только собственную температуру элемента, но и влияние тепловых полей остальных элементов, коэффициент линейного расширения, теплопроводность и теплоемкость материалов. Любое изменение температуры относительно нормальной температуры уменьшает срок службы аппаратуры. Неверное размещение элементов, приводит к негативному тепловому режиму.

1.Подходы к реализации теплового моделирования

На стадии подготовки к тепловому моделированию необходимо адекватно оценить предстоящие затраты и требуемые нормы. При их несогласовании работа будет неэффективной; в худшем случае – неверно выполненной. Исходя из вышеизложенного, на первом этапе необходимо оценить: тип изделий, объем производства и возможность изменений проекта. На основе этих данных выбирается среда для теплового моделирования.

Во многих компаниях, занимающихся производством электронной аппаратуры, тепловое моделирование выделяют как отдельный этап маршрута проектирования изделия. Производители САПР динамично отзываются на требования этого рынка. Наблюдается разнообразие подходов к тепловому моделированию: компании изучают пути не только улучшения своего продукта, но и получения большей прибыли. Общим подходом является анализ методом конечных элементов. Его используют Simulate, ANSYS, Mentor Graphics. Российская разработка АСОНИКА использует метод критического пути.

ANSYS Icepak получает общий профиль рассеиваемой мощности и температуры, подключает библиотеки тепловых решений, имеет возможность задания граничных условий периода для теплового моделирования; FloTHERM позволяет инженерам создать математические модели для выполнения теплового анализа; Creo(Simulate) позволяет проводить идеализацию модели, задавая балочные и прочие идеализированные элементы, выполнять анализ установившегося состояния тепловых режимов, задавая стационарные температуры, условия конвекции в пространстве.

На следующем этапе рассматривается модель работы печатной платы: рабочие температуры компонентов, их геометрические параметры; виды теплообмена, типы теплоотвода и охлаждения. Происходит непосредственно моделирование тепловых режимов элементов, построение теплового поля изделия.

Последний этап подводит итоги моделирования: соблюдаются ли тепловые режимы, эффективен ли выбранный метод охлаждения.

2.Анализ задачи теплообмена ячейки методами ТРИЗ

Громоздкость задачи теплового моделирования обусловлено соответствием множеству факторов. Эффективность моделирования определяется используемым набором средств проектирования, типом изделия и объемом производства, возможностью адаптации под технологические изменения. При переходе от сложного к простому, задачу теплового моделирования можно представить как условие, требование и ограничение.

Цель работы - проведение комплексных исследований, направленных на получение научно-обоснованных технических и методических решений, способствующих созданию математических моделей теплофизических процессов конструктивных модулей РЭС на ос-нове их конечноэлементной аппроксимации, разработке информационно-измерительных средств, осуществляющих верификацию теплофизических характеристик конструкционных радиоматериалов для формирования базы данных, и реализации алгоритмов имитационного моделирования картин тепловых полей внутри РЭС с учетом анизотропии параметров деталей реальных конструкций РЭС.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
- построить математические модели тепловых процессов для двумерных и трехмер-ных конструктивных модулей РЭС и получить для них аналитическое решение уравнения теплопроводности;
- осуществить аппроксимацию непрерывной искомой функции температуры, завися-щей от двух координат, кусочно-непрерывной, определенной на множестве двумерных ко-нечных элементов (КЭ); обеспечить функционирование автоматизированной подготовки топологической информации; определить наиболее подходящие функции формы для аппроксимирующих КЭ;
- разработать информационно-измерительные средства для определения коэффициента температуропроводности путем импульсного воздействия лазерного луча в точку поверхности конструкции РЭС, теплофизические свойства которой исследуются; вывести аналитическую зависимость коэффициента температуропроводности от полуамплитуды напряжения на выходе датчика температуры, установленного в кон-тролируемой точке детали конструкции РЭС;
- разработать способы диагностики анизотропии структурной плотности радиоматериалов

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3
1. Основы теории теплообмена в РЭС 4
1.1. Основные понятия и определения 4
1.2. Передача тепла теплопроводностью 5
1.3. Передача тепла конвекцией 5
1.4. Критерии подобия 6
1.5. Определение коэффициента конвективного теплообмена
при естественной конвекции в неограниченном пространстве 6
1.6. Передача тепла излучением 8
1.7. Принципы суперпозиции температурных полей и местного влияния 8
1.8. Электротепловая аналогия 9
2. Методы расчета тепловых режимов конструкций РЭС 10
3. Методы и средства измерения теплофизических свойств материалов 12
3.1. Нестационарные методы исследования теплофизических свойств материалов 13
3.2. Метод плоских температурных волн 14
3.3. Импульсные методы 16
3.4. Метод Паркера 17
3.5. Импульсный метод измерения ТФС с использованием лазерного нагрева 18
4. Выводы и постановка цели и задач исследований 20
ЛИТЕРАТУРА 21

Прикрепленные файлы: 1 файл

Реферат_1.doc

ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет

Отдел аспирантуры и докторантуры

РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ

СРЕДСТВАХ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

Выполнил Тугбаев Ю.Г.

1. Основы теории теплообмена в РЭС 4

1.1. Основные понятия и определения 4

1.2. Передача тепла теплопроводностью 5

1.3. Передача тепла конвекцией 5

1.4. Критерии подобия 6

1.5. Определение коэффициента конвективного теплообмена

при естественной конвекции в неограниченном пространстве 6

1.6. Передача тепла излучением 8

1.7. Принципы суперпозиции температурных полей и местного влияния 8

1.8. Электротепловая аналогия 9

2. Методы расчета тепловых режимов конструкций РЭС 10

3. Методы и средства измерения теплофизических свойств матери алов 12

3.1. Нестационарные методы исследования теплофизических свойств материалов 13

3.2. Метод плоских температурных волн 14

3.3. Импульсные методы 16

3.4. Метод Паркера 17

3.5. Импульсный метод измерения ТФС с использованием лазерного нагрева 18

4. Выводы и постановка цели и задач исследований 20

Неуклонная тенденция к повышению степени интеграции микроэлектронной и миниатюризация конструктивных радиоэлектронной аппаратуры привели к резкому росту удельной мощности рассеяния за счет большой плотности упаковки активных элементов внутри РЭС и увеличения скорости переключения элементной базы. Большинство элементов конструкции имеют температурно-зависимые свойства. Колебания температуры приводят к изменению размеров деталей. При высоких значениях температур в пластмассах возрастает электропроводность, вызывающая токи утечки, в магнитных материалах снижается индуктивность насыщения, а при достижении точки Кюри магнитные свойства вообще пропадают, в полупроводниковых структурах изменяется плотность и подвижность носителей тока, а также происходят химические реакции, способные привести к их разрушению. Например, в интегральных схемах на МДП-структурах при θ = 673-773 К алюминий поглощается двуокисью кремния, что разрушает внутренние соединения. Резисторы имеют как положительный, так и отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Пространственно-временное изменение температуры влияет на помехоустойчивость и интенсивность отказов элементов.

Конструкция РЭС должна обеспечить тепловой режим, при котором температуры ее элементов равны или ниже допустимых значений по техническому заданию. Для этого необходимо применять системный подход на основе схемотехнического и конструкторского САПРов и автоматизировать процесс оптимизации параметров тепловых и иных полей при конструирования РЭС, а не пользоваться методом проб и ошибок, основанном на прикидочном растете теплофизических характеристик конструкции с помощью критериев подобия.

В настоящее время для этого за рубежом создан ряд пакетов программ. Например, пакет программ BETA Soft выполняет расчет тепловых режимов на уровнях электронных систем, печатных плат и отдельных компонентов. Исходная информация о топологии проекта передается из САПР AutoCAD, Cadence, CADSTAR, Cadnetix, Calay, Case-Teradyne, P-CAD, Ultiboard, Valid Allegro, Visula и др. Информация о компонентах основных фирм хранится в собственной базе данных. Затем вводятся данные о материале печатной платы, условиям теплопередачи, наличии естественного или искусственного охлаждения и т. п. После этого рассчитывается температура отдельных компонентов, выводится на экран карта распределения температур и градиента температур.

Пакет программ ESC моделирует распределение тепла в объеме электронных блоков. Кроме того, он позволяет оптимизировать расположение критических компонентов, дает рекомендации по размещению вентиляторов, распределяет отвод тепла между радиаторами и вентиляционными отверстиями и др.

Однако общими недостатками всех вышеперечисленных продуктов являются: их высокая стоимость, избыточность (большой удельный вес занимают модули проектирования БИС, СБИС, ПЛИС), отсутствие отечественных библиотек моделей радиоэлементов и компонентов для схемотехнического моделирования, отсутствие отечественных баз данных для оценки эксплуатационной надежности радиоэлектронной аппаратуры. Кроме того, большим недостатком всех систем автоматизированного проектирования является отсутствие модулей оптимизации размещения и компоновки элементов на печатных узлах и микросхемах по критериям температурных перегревов, тепловых деформаций и надежности.

1. Основы теории теплообмена в РЭС

Конструкции РЭС (радиоэлектронных средств) как преобразователи электрической энергии обладают низкими коэффициентами полезного действия. Поэтому в процессе их работы большая часть подводимой электрической энергии преобразуется в тепло, которое расходуется на нагревание узлов и деталей и рассеивается в окружающее пространство [12]. Общий баланс энергии в РЭС можно выразить уравнением:

где Еп - энергия, отбираемая устройством от источников питания; Е1 - полезная энергия; Е2 - энергия, рассеиваемая в окружающее пространство; Е3 - тепловая энергия, вызывающая нагревание деталей и узлов.

Известно, что повышение температуры способствует росту интенсивности отказов радиоэлементов и вызывает ускоренное старение конструкционных материалов. По этой причине при разработке конструкций РЭС стремятся обеспечить хороший теплообмен аппарата с окружающей средой, т.е. в пределах возможного снизить величину Е3, или улучшить отношение Е2/Е3.

Миниатюризация РЭС способствует значительному снижению потребления энергии от источников питания [19,25]. Однако уменьшение габаритов РЭС ведет к росту отношения выделяемой тепловой энергии к энергии, рассеиваемой в окружающее пространство. Поэтому проблема обеспечения тепловых режимов в современных РЭС не утрачивает своей актуальности [13,21,23]. Напротив, допустимый нагрев элементов конструкции становится одним из основных ограничивающих факторов на пути дальнейшего улучшения массогабаритных характеристик РЭС.

1.1. Основные понятия и определения

Под тепловым режимом РЭС понимают пространственно-временное распределение температуры в пределах конструкции. Количественно тепловой режим РЭС принято характеризовать температурным полем и перегревом.

Температурным полем называют совокупность численных значений температуры в различных точках конструкции в определенный момент времени. Оно называется стационарным, если температуры во всех точках конструкции постоянны во времени. Если они в любой момент времени равны между собой, то поле называется равномерным. Стационарное температурное поле характеризует стационарный тепловой режим.

Тепловой режим РЭС считается нормальным, если выполняются следующие условия: температуры всех деталей и узлов конструкции при заданных условиях эксплуатации не превышают предельно допустимых температур, указанных в технических условиях (ТУ) на детали и узлы, и обеспечивается работа РЭС с заданной точностью и надежностью.

Перегревом принято называть разность между температурой некоторой точки (области) конструкции РЭС и температурой окружающей среды.

Конструкции РЭС представляют собой систему тел с источниками и стоками тепловой энергии, сложным образом распределенных во времени и пространстве. Как правило, эти тела имеют различные теплофизические параметры и четко ограниченные границы и называются неоднородными телами. В отличие от последних тела с одинаковыми теплофизическими параметрами называют однородными, которые подразделяются на изотропные и анизотропные. Изотропными называют тела, физические параметры которых во всех точках тела одинаковы. В анизотропных телах теплофизические параметры различны по направлениям осей координат.

Между телами, составляющими конструкцию, происходит теплообмен, т.е. перенос тепловой энергии из одной части конструкции в другую или в окружающую среду. Тепло передается от нагретых тел к телам с более низкой температурой. Часть конструкции РЭС, в которой сосредоточены источники тепловой энергии, называется нагретой зоной (шасси с расположенными на нем элементами, блоки функциональных узлов и др.). В конструкциях можно выделить поверхности, в любой точке которых температуры одинаковы. Такие поверхности называются изотермическими. Теплообмен между нагретыми телами и окружающей средой, т.е. между конструкциями и средой, количественно характеризуется тепловым потоком и его плотностью. Тепловым потоком называется количество тепла Q, передаваемое от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой (в общем случае к среде) в единицу времени τ, т.е. P = Q/t.

Тепловой поток, отнесенный к площади изотермической поверхности, называют плотностью теплового потока: q = Q/(tS) = P/S, где S - площадь изотермической поверхности.

В общем случае теплообмен осуществляется с помощью трех видов передачи тепла: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

1.2. Передача тепла теплопроводностью

Рис.1. Передача тепла в изотропном твердом теле

Теплопроводностью (кондукцией) называют перенос тепловой энергии при соприкосновении частиц вещества или отдельных тел, имеющих разные температуры. При математическом описании процесса теплопередачи принято считать, что теплообмен происходит между изотермическими поверхностями.

Если температурное поле изменяется только в одном направлении (рис. 1), то полный тепловой поток Р, передаваемый от изотермической поверхности S1 к изотермической поверхности S2, на основании закона Фурье может быть записан в виде [4]:

Pт = λS(t1 - t2)/l, (1)

где l - коэффициент теплопроводности материала; S - площадь средней изотермической поверхности: S = 0,5 (S1+S2); t1, t2 - температуры изотермических поверхностей S1, S2; l = (x2 – x1) - расстояние между изотермическими поверхностями. Произведя замену l/l = aт, из (1) получим:

где aт - коэффициент теплопередачи кондукций.

1.3. Передача тепла конвекцией

Рис. 2. Изменение температуры у поверхности тела при конвективном обмене

Процесс теплообмена между поверхностью твердого тела с температурой t1 и некоторой газообразной или жидкой средой с температурой t2 = tc, обусловленный естественным или принудительным перемешиванием среды около поверхности, носит название конвективного теплообмена. Полный тепловой поток, отдаваемый изотермической поверхностью S среде за счет конвекции (рис.2), определяется в соответствии с законом Ньютона следующим образом [5]:

где aк – коэффициент конвективного теплообмена. Коэффициент aк представляет собой тепловой поток с единицы поверхности твердого тела в окружающую среду при разности температур между телом и средой в один градус.

В общем случае aк зависит от температур t1 и t2 и ряда физических констант среды:

где b - коэффициент объемного расширения среды (жидкости или газа), К-1; l - коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К); Ср - удельная теплоемкость среды при определенном давлении, Дж/(кг×К); n - коэффициент кинематической вязкости среды, м2/c; g - ускорение силы тяжести, м/с2; a = l/Cpr - температуропроводность среды, м2/с; r - плотность среды, кг/м3; Ф - совокупность параметров, характеризующих форму и поверхность тел.

Зависимость физических констант среды от температур t1 и t2 и бесконечное разнообразие форм поверхности нагретых тел исключают возможность получения табличных значений конвективных коэффициентов теплопередачи как теоретическими, так и экспериментальными методами. Поэтому для определения aк используются основные положения теории подобия. Согласно ней сложные процессы характеризуются не отдельными частными параметрами, а обоб-щенными, представляющими собой безразмерные комплексы размерных физических величин. Если значения обобщенных параметров находятся в определенном диапазоне величин, то процессы считаются подобными. В теории теплообмена используются четыре обобщенных параметра (критерия), каждый из которых выражается через определенное количество физических параметров среды. Знание критериев позволяет без особых затруднений найти aк.

1.4. Критерии подобия

Для определения конвективного коэффициента теплопередачи в условиях естественной и принудительной конвекции достаточно определить:

где L - определяющий геометрический размер тела (внутренний диаметр трубы, высота цилиндра или вертикальной стенки, наименьшая сторона горизонтально расположенной поверхности и т.п.);

В процессе проектирования электронного изделия промышленного применения для надежной работы в индустриальных условиях необходим этап анализа тепловых режимов используемых материалов и электронных компонентов. Современные средства автоматизированного проектирования (САПР) и инженерных расчетов помогают получить температурные поля, градиенты температур и плотности тепловых потоков в конструкции изделия, но требуют наличия специализированного программного обеспечения, знаний для его использования и исходных данных – мощностей или напряжений и токов во всех участках электрической цепи изделия для статического и динамического потребления в наихудшем случае.

При проектировании устройств сложной или уникальной конструкций без использования САПР не обойтись. Для устройств типового конструктива и небольшой мощности (до ~100-200 Вт) в определенных случаях допустимо применение типовой системы охлаждения c методиками тепловых расчетов на основе справочных данных и без использования сложных и дорогих САПР. Обоснование выбора конечного пути решения задачи ложится на разработчика изделия.

Анализ дизайна тепловой системы изделия основан на оценке тепловыделяющих электронных компонентов в отдельности. Для расчета температурного режима компонента используется метод электротепловой аналогии, который опирается на тождество математического аппарата теплофизики и электротехники: распространение тепла и электрического тока описывается одними и теми же дифференциальными уравнениями. В электротепловой модели тепловые величины заменяются на электрические аналоги:

температура (T, °C) – напряжение (В);
тепловой поток (P, Вт) – ток (А);
тепловое сопротивление (R или Θ, °C / Вт) – сопротивление (Ом);
теплоемкость (C, Дж / °C) – емкость (Ф);
источник тепла – идеальный источник тока (А);
окружающая среда – идеальный источник напряжения (В).

Тепловые сопротивления характеризуют установившейся тепловой режим, а теплоемкости – переходные процессы при изменении выделяемой мощности.

Рассмотрим тепловую модель конструкции микросхемы для расчета установившегося режима.

Температура кристалла микросхемы определяется по формуле:

Tj = Ta + Pd × Θja

Тепловое сопротивление кристалл-окружающая среда по формуле:

Θja = (Tj – Ta) / Pd, где

Tj – температура кристалла

Ta – температура окружающей среды

Tс – температура корпуса

Θjc – тепловое сопротивление кристалл-корпус

Θca – тепловое сопротивление корпус-окружающая среда

Θja – тепловое сопротивление кристалл-окружающая среда

Pd – тепловой поток или мощность тепловыделения

Рассчитаем температуру кристалла микросхемы на примере трех портового управляемого коммутатора Ethernet 10/100BASE-T/TX – KSZ8863RLLI компании Microchip. Ответственные производители электронных компонентов в технической документации приводят все данные для расчетов тепловых режимов. Для микросхемы KSZ8863RLLI это:

– максимальная температура окружающей среды Ta = 85°C;

– максимальная температура кристалла Tj = 125°C;

– тепловое сопротивление кристалл-окружающая среда Θja = 52,8°C / Вт;

– тепловой поток или мощность тепловыделения Pd = ~0,4 Вт (для данной микросхемы мощность вычисляется перемножением напряжения питания и тока потребления в режиме работы со всеми подключенными портами).

Температуру кристалла микросхемы KSZ8863RLLI определим по формуле:

Tj = Ta + Pd × Θja = 85°C + 0,4 Вт × 52,8°C / Вт= 85°C + 21,1°C = 106,1°C

Полученные значения означают, что для данной микросхемы рассеивание 0,4 Вт мощности увеличивает температуру кристалла Tj на +21,1°C. При температуре окружающей среды в +85°C температура кристалла достигнет 106,1°C, что с запасом гарантирует работу микросхемы в заданных условиях.

Для увеличения допустимой мощности рассеивания микросхемы на этапе разработки ее конструктива применяются техники уменьшения теплового сопротивления кристалл-окружающая среда: выводы микросхемы заводятся под кристалл или кристалл размещается на дне корпуса с добавлением отдельного термопада для припаивания к печатной плате.

При необходимости облегчить тепловой режим работы микросхемы применяются техники модификации стандартного посадочного места с уменьшением теплового сопротивления по отношению к структурам печатной платы. Применение многослойных печатных плат с большими полигонами металлизации значительно улучшает теплоотвод для таких микросхем.

После завершения процессов проектирования и получения изделия с производства необходим этап испытаний работы тепловой системы. Он подразумевает измерение действительного тепловыделения устройства в условиях работы приближенных к реальным. При испытаниях измеряется температура в критичных точках и мощность потребления. Для измерения температуры используются технологическое оборудование с распределенной сетью термодатчиков. Применение тепловых камер – тепловизоров позволяет получить более полноценную картину распределения тепла в конструкции изделия и на печатной плате.

Мы хотим видеть Россию развитой страной, мировым поставщиком технологий и инноваций и вносим свой вклад в повышение интеллектуальной составляющей российской экономики.

О важности тепловой задачи можно судить по упрощённому эмпирическому правилу, гласящему, что каждое повышение температуры на 10 о С снижает срок наработки до отказа в 2 раза. То есть, если при 55 о С микросхема проработает 10 лет, то при 65 о С только 5. Достаточный аргумент, чтобы несколько улучшить теплоотвод от микросхемы, если не играть в запланированное устаревание. Это правило – далеко не истина в последней инстанции, но качественно оно верно (подробнее можно прочитать, например, здесь).

и оценка готова. Но это грубо, очень грубо. Тепловое сопротивление сильно зависит от печатной платы. И то, что указано, было получено в эксперименте на стандартизованной печатной плате (например, как на рисунке 1), которая, скорее всего, будет сильно отличаться от той, что получится у Вас. Скажем так, можно получить гораздо лучший теплоотвод при меньшей площади.

где R_θBA – тепловое сопротивление печатной платы с заданными параметрами. Рассчитать это сопротивление можно на основе красивой модели, ~~которая предложена в~~ которую можно извлечь из замечательной статьи от ON Semiconductor. Статья, на самом деле, не является пошаговой инструкцией, это своего рода набросок модели. Мне пришлось её раз 10 прочитать, чтобы прийти к модифицированной модели, которую в итоге и реализовал в калькуляторе на платформе SamsPcbLab. В основе расчетов лежит чёткая математическая модель (описана вот в этой публикации от тех же ON Semiconductor) тепловой задачи однородного кольца, через внутреннюю поверхность которого гонится поток тепла. Теплоотвод — за счёт конвекции, то есть это не про вакуум (там тепло нужно гнать на корпус). Схема задачи на рисунке 2, а дифференциальное уравнение и интересующая нас часть его решения следующие:

Верхний и нижний полигоны предлагается усреднить и взять среднюю площадь металлизации. С этим я не очень согласен, так как влияние на теплоотвод у этих слоёв очевидно разное, плюс они могут сильно отличаться по площади (нижний чаще будет больше по площади). Поэтому я разбил плату на верхнюю и нижнюю половины и делал расчёт для каждой части отдельно.

Видно, что модели коррелируют, но добиваться 100% совпадения я не стал, так как всё равно нет всех входных данных. Кроме того, есть странный момент с переходными отверстиями (рисунок 5), их отсутствие практически не влияет на тепловое сопротивление, что не очень интуитивно.

Ещё на нижнем графике на рисунке 4 видно два ряда данных, где я считал двухзонную модель двумя методами: с помощью умножения матриц, как описано в статье AND8222/D, и с помощью модели, как на рисунке 3, только зона под микросхемой выброшена (она не вносит вклад в сопротивление). Видно, что график из статьи выходит на примерно ту же асимптоту, как будто отсутствует влияние переходных отверстий. Это для меня стало ещё одним фактором, что в их модели что-то не так с учётом влияния переходных отверстий (либо я чего-то не понимаю).

Калькулятор оказался полезным хотя бы в том плане, что позволил от качественных представлений о влиянии различных параметров перейти к количественным оценкам. Можно сделать вывод, что тепловое сопротивление платы можно загнать в район 10 о С/Вт даже при естественной конвекции. Для рассеивания 2-3 Вт вполне достаточно будет. Ещё полезное замечание, что значимую роль при теплоотводе играет только металл, непосредственно соединённый с микросхемой. Хотя, конечно, чем больше объёмная доля меди в плате, тем будет выше эффективный коэффициент теплопроводности. На основе этого калькулятора можно нарастить наличие радиатора на микросхеме и теплоотвод на корпус, это тоже буду делать. Если там будет что-то интересное, то поделюсь в следующих публикациях.

Читайте также: