Моделирование и выбор систем обеспечения теплового режима лазерных модулей
Приведены результаты моделирования температурного поля в лазерном модуле при условиях теплоподвода второго рода и условиях отвода теплоты от модуля первого и третьего рода в широком диапазоне параметров. Анализ выполнен численным методом конечных элементов в двухмерном пространстве. Предложены схемы...
Gespeichert in:
| Datum: | 2001 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2001
|
| Schriftenreihe: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70838 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Моделирование и выбор систем обеспечения теплового режима лазерных модулей / Ю.Е. Николаенко, С.К. Жук, В.М. Батуркин, Д.Н. Олефиренко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 2. — С. 31-36. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70838 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-708382025-02-23T18:31:22Z Моделирование и выбор систем обеспечения теплового режима лазерных модулей Николаенко, Ю.Е. Жук, С.К. Батуркин, В.М. Олефиренко, Д.Н. Обеспечение тепловых режимов аппаратуры Приведены результаты моделирования температурного поля в лазерном модуле при условиях теплоподвода второго рода и условиях отвода теплоты от модуля первого и третьего рода в широком диапазоне параметров. Анализ выполнен численным методом конечных элементов в двухмерном пространстве. Предложены схемы систем обеспечения теплового режима для отдельного модуля и для группы лазерных модулей. 2001 Article Моделирование и выбор систем обеспечения теплового режима лазерных модулей / Ю.Е. Николаенко, С.К. Жук, В.М. Батуркин, Д.Н. Олефиренко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 2. — С. 31-36. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70838 621.315.592:621.382 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре application/pdf Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Обеспечение тепловых режимов аппаратуры Обеспечение тепловых режимов аппаратуры |
| spellingShingle |
Обеспечение тепловых режимов аппаратуры Обеспечение тепловых режимов аппаратуры Николаенко, Ю.Е. Жук, С.К. Батуркин, В.М. Олефиренко, Д.Н. Моделирование и выбор систем обеспечения теплового режима лазерных модулей Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Приведены результаты моделирования температурного поля в лазерном модуле при условиях теплоподвода второго рода и условиях отвода теплоты от модуля первого и третьего рода в широком диапазоне параметров. Анализ выполнен численным методом конечных элементов в двухмерном пространстве. Предложены схемы систем обеспечения теплового режима для отдельного модуля и для группы лазерных модулей. |
| format |
Article |
| author |
Николаенко, Ю.Е. Жук, С.К. Батуркин, В.М. Олефиренко, Д.Н. |
| author_facet |
Николаенко, Ю.Е. Жук, С.К. Батуркин, В.М. Олефиренко, Д.Н. |
| author_sort |
Николаенко, Ю.Е. |
| title |
Моделирование и выбор систем обеспечения теплового режима лазерных модулей |
| title_short |
Моделирование и выбор систем обеспечения теплового режима лазерных модулей |
| title_full |
Моделирование и выбор систем обеспечения теплового режима лазерных модулей |
| title_fullStr |
Моделирование и выбор систем обеспечения теплового режима лазерных модулей |
| title_full_unstemmed |
Моделирование и выбор систем обеспечения теплового режима лазерных модулей |
| title_sort |
моделирование и выбор систем обеспечения теплового режима лазерных модулей |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2001 |
| topic_facet |
Обеспечение тепловых режимов аппаратуры |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70838 |
| citation_txt |
Моделирование и выбор систем обеспечения теплового режима лазерных модулей / Ю.Е. Николаенко, С.К. Жук, В.М. Батуркин, Д.Н. Олефиренко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 2. — С. 31-36. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT nikolaenkoûe modelirovanieivyborsistemobespečeniâteplovogorežimalazernyhmodulej AT žuksk modelirovanieivyborsistemobespečeniâteplovogorežimalazernyhmodulej AT baturkinvm modelirovanieivyborsistemobespečeniâteplovogorežimalazernyhmodulej AT olefirenkodn modelirovanieivyborsistemobespečeniâteplovogorežimalazernyhmodulej |
| first_indexed |
2025-11-24T10:50:09Z |
| last_indexed |
2025-11-24T10:50:09Z |
| _version_ |
1849668570115473408 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 2
31
ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
16.10�04.12 2000 ã.
Îïïîíåíò ê. ò. í. Â. Å. ÒÐÎÔÈÌÎÂ
ÌÎÄÅËÈÐÎÂÀÍÈÅ È ÂÛÁÎÐ ÑÈÑÒÅÌ ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈß
ÒÅÏËÎÂÎÃÎ ÐÅÆÈÌÀ ËÀÇÅÐÍÛÕ ÌÎÄÓËÅÉ
Ê. ò. í. Þ. Å. ÍÈÊÎËÀÅÍÊÎ, ê. ò. í. Ñ. Ê. ÆÓÊ,
ê. ò. í. Â. Ì. ÁÀÒÓÐÊÈÍ, Ä. Í. ÎËÅÔÈÐÅÍÊÎ
Óêðàèíà, ã. Êèåâ, Ãîñêîìèòåò ïðîìûøëåííîé ïîëèòèêè Óêðàèíû,
ÍÒÓÓ �Êèåâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èíñòèòóò�
Íà îñíîâå ìîäåëèðîâàíèÿ òåìïåðàòóð-
íîãî ïîëÿ â ëàçåðíîì ìîäóëå ïðåäëî-
æåíû ñõåìû ÑÎÒÐ äëÿ îòäåëüíîãî
ìîäóëÿ è äëÿ ãðóïïû ìîäóëåé.
Ðàçðàáîòêà íîâûõ êîìïüþòåðíûõ è èíôîðìàöè-
îííûõ ñèñòåì èìååò ÿðêî âûðàæåííóþ òåíäåíöèþ ê
ìèíèàòþðèçàöèè ñîñòàâëÿþùèõ èõ ýëåìåíòîâ. Èñ-
ïîëüçîâàíèå íîâîé ýëåìåíòíîé áàçû (ìèêðîïðîöåñ-
ñîðîâ, ëàçåðíûõ ìèêðîìîäóëåé, äðóãèõ ìèêðîýëåêò-
ðîííûõ óñòðîéñòâ) ñîïðîâîæäàåòñÿ îùóòèìûì
óâåëè÷åíèåì óäåëüíûõ òåïëîâûõ ìîùíîñòåé, ÷òî
äåëàåò íåîáõîäèìûì è àêòóàëüíûì ìîäåëèðîâàíèå
òåìïåðàòóðíûõ ïîëåé êîíñòðóêöèé òåïëîâûäåëÿþ-
ùèõ ýëåìåíòîâ, óñîâåðøåíñòâîâàíèå ñóùåñòâóþùèõ
è ðàçðàáîòêó íîâûõ ñèñòåì îáåñïå÷åíèÿ òåïëîâîãî
ðåæèìà òàêèõ ýëåìåíòîâ.
Äëÿ îòâîäà òåïëîòû îò ýëåêòðîííûõ ýëåìåíòîâ,
ïîääåðæàíèÿ è ñòàáèëèçàöèè èõ òåìïåðàòóðíûõ ðå-
æèìîâ òðàäèöèîííî èñïîëüçóþòñÿ âîçäóøíûå è æèä-
êîñòíûå (âêëþ÷àÿ èñïàðèòåëüíûå) ñèñòåìû îõëàæ-
äåíèÿ [1�5], ïîçâîëÿþùèå îòâîäèòü òåïëîâûå ïîòî-
êè ñ ïëîòíîñòüþ îò 10...30 äî 100...200 êÂò/ì2,
ñîîòâåòñòâåííî, à òàêæå èõ ñî÷åòàíèå ñ òåðìîýëåêò-
ðè÷åñêèìè ìîäóëÿìè. Âûáîð ðàöèîíàëüíûõ ìåòî-
äîâ è ñðåäñòâ îáåñïå÷åíèÿ òåïëîâûõ ðåæèìîâ ìèê-
ðîýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ â êàæäîì êîíêðåòíîì ñëó-
÷àå òðåáóåò òùàòåëüíîãî àíàëèçà èõ ýôôåêòèâíîñòè,
òåõíîëîãè÷íîñòè, êîíñòðóêòèâíîé ñîïðÿãàåìîñòè, óäîá-
ñòâà ìîíòàæà è ðåìîíòà, à òàêæå ýêîíîìè÷åñêîé öå-
ëåñîîáðàçíîñòè.
Ê ÷èñëó ýëåêòðîííûõ ýëåìåíòîâ, ôóíêöèîíèðóþ-
ùèõ â óñëîâèÿõ æåñòêèõ îãðàíè÷åíèé ïî òåïëîâûì
ðåæèìàì, îòíîñÿòñÿ ìèêðîëàçåðíûå óñòðîéñòâà äëÿ
îïòîâîëîêîííûõ èíôîðìàöèîííûõ ñèñòåì. Òàê,
ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ëàçåðíûé ìîäóëü (ËÌ), â êîòî-
ðîì óñòàíîâëåí ïîëóïðîâîäíèêîâûé ìèêðîëàçåð
(ÌË) (ëàçåðíûé äèîä � ËÄ), äîëæåí ðàáîòàòü â
äèàïàçîíå òåìïåðàòóð îêðóæàþùåé ãàçîâîé ñðåäû
îò �40 äî +60°Ñ. Ïðè ýòîì âûäåëÿåìàÿ â p�n-ïåðå-
õîäå êðèñòàëëà ðàçìåðàìè 0,5×0,3 ìì òåïëîâàÿ ìîù-
íîñòü ìîæåò èçìåíÿòüñÿ â ïðåäåëàõ îò 0,04 äî
0,2 Âò, à ïëîòíîñòü òåïëîâîãî ïîòîêà â îáëàñòè òåï-
ëîâûäåëåíèÿ ìîæåò äîñòèãàòü 1330 êÂò/ì2. Ñîãëàñíî
[6, ñ. 12], çíà÷åíèÿ ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûõ òåìïå-
ðàòóð â ìèêðîýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâàõ íàõîäÿòñÿ
â ïðåäåëàõ 110...190°Ñ.
Ó÷èòûâàÿ ìàëûå ðàçìåðû ïîëóïðîâîäíèêîâîãî
êðèñòàëëà, âîñïîëüçîâàòüñÿ êàêèìè-ëèáî èçìåðèòåëü-
íûìè ïðèáîðàìè äëÿ äîñòàòî÷íî òî÷íîãî íåïîñðåä-
ñòâåííîãî îïðåäåëåíèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóð-
íîãî ïîëÿ â êðèñòàëëå è êîíñòðóêòèâíûõ ýëåìåíòàõ,
ñâÿçàííûõ ñ íèì, íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíûì. Â
ñâÿçè ñ ýòèì äëÿ àíàëèçà òåìïåðàòóðíîãî ñîñòîÿíèÿ
ìèêðîýëåêòðîííûõ óçëîâ øèðîêîå ïðèìåíåíèå íà-
øëè ðàçëè÷íûå ìåòîäû ìîäåëèðîâàíèÿ òåìïåðàòóð-
íûõ ïîëåé [6, ñ. 80, 85, 96; 7, ñ. 47].
Äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ òåìïåðàòóðíîãî ïîëÿ è ïðåä-
âàðèòåëüíîé îöåíêè òåïëîâîãî ñîñòîÿíèÿ ËÌ, ôóí-
êöèîíèðóþùåãî â ýòèõ óñëîâèÿõ, âûáðàíà ìàñøòàá-
íàÿ ñõåìà îäíîé èç êîíñòðóêöèé ìîäóëÿ, èçîáðàæåí-
íàÿ íà ðèñ. 1. Ïåðå÷åíü ìàòåðèàëîâ, èç êîòîðûõ
ñîñòîÿò åãî ýëåìåíòû, è èõ ñâîéñòâà [8, ñ. 37, 56, 116,
143] óêàçàíû â òàáëèöå.  êà÷åñòâå ìàòåìàòè÷åñêîé
áàçû, èñïîëüçóåìîé äëÿ îïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðíî-
ãî ïîëÿ, ïðèìåíÿåòñÿ óðàâíåíèå òåïëîïðîâîäíîñòè
Ëàïëàñà�Ôóðüå [9, 10]
,2ta
d
dt ∇=
τ (1)
Íà íà÷àëüíîì ýòàïå ðàçðàáîòêè ìîäåëüíîãî ïîä-
õîäà äëÿ óñëîâèé ñòàöèîíàðíîãî òåïëîîáìåíà ïðè
èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû è òåïëîâîãî ïîòîêà â îäíîì
è äâóõ íàïðàâëåíèÿõ âûðàæåíèå (1) óïðîùàëîñü äî
èçâåñòíûõ óðàâíåíèé
.0;0 2
2
2
2
2
2
=+=
dy
td
dx
td
dy
td
(2)
Ýòî ïîçâîëÿëî óòî÷íÿòü äàííûå ìîäåëèðîâàíèÿ
ðàñ÷åòàìè è, â òî æå âðåìÿ, îáåñïå÷èâàëî èëëþñòðà-
èñêîìàÿ òåìïåðàòóðà êàê ôóíêöèÿ êîîðäèíàò
è âðåìåíè, °Ñ;
âðåìÿ èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû, ñ;
êîýôôèöèåíò òåìïåðàòóðîïðîâîäíîñòè, ì2/ñ, êî-
òîðûé ñâÿçûâàåò òåïëîôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ìà-
òåðèàëîâ (òåïëîïðîâîäíîñòü λ, ïëîòíîñòü ρ, òåï-
ëîåìêîñòü Cð);
îïåðàòîð Ëàïëàñà (d2/dx2+d2/dy2+d2/dz2) â
äåêàðòîâîé ñèñòåìå êîîðäèíàò.
ãäå t �
τ �
à �
∇2�
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 2
32
ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
1 2 3 4 5 6 7
Y
XZ
6,0
1,
0
1,5
2,
0
0,5×0,3
1,
2
2,
0 2,0
2,
4
Ðèñ. 1. Ñõåìà ëàçåðíîãî ìîäóëÿ:
1 � ËÄ (GaAs); 2 � ïîäëîæêà (Ìî); 3, 6 � êëåììîâûå êîëîäêè; 4 � ïüåäåñòàë (Ñu);
5 � çåðêàëî; 7 � îñíîâàíèå ËÌ (Ñî)
5,0
Òåïëîôèçè÷åñêèå è ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ìàòåðèàëîâ ýëåìåíòîâ ëàçåðíîãî ìîäóëÿ è äèîäà
Ìàòå-
ðèàë
ρ,
êã/ì
3
Ñð, Äæ/(êã⋅Ê)
λ,
Âò/(ì⋅Ê)
ÒÊËÐ , 106 Ê–1
Êîýôôèöè-
åíò ïðî-
ïîðöèî-
íàëüíîñòè
(στ ),
10–7
Í/ì
2
Òîëùèíà
ñëîÿ,
ìì
Ïðèìå÷àíèå
ïðè òåìïå-
ðàòóðå, °Ñ
GaAs 5400 ≈106 46
–233
–218
–195…+17
18…287
288…407
–0,5
0,0
3,64
5,74
7,4
—
0,003
Èñòî÷íèêîì òåï-
ëîâîãî ïîòîêà
ïðèíèìàåòñÿ êîí-
òàêòíàÿ ãðàíü ËÄ
ïëîùàäüþ
0,25⋅10–6
ì
2,
Q=0,04�0,2 Âò,
ïëîòíîñòü ïîòîêà
q≈160�800 êÂò/ì
2
Mo 9100 255 138
–100…0
0…100
100…300
4,8
5,19
5,39
29,4 0,2 —
Cu 8900 386 398
–183
–117
–100
+400
9,38
14,06
16,01
19,0
6,85 2 —
FeNiCo
(êîâàð)
8300
Ïðè
t =0...300°C
îò 400 äî
500
19,25 +25…300 5,4 — 1,2 —
Al 2700 902 236
–100…+20
20…100
200…300
19,5
23,6
25,5
6,0 2 Àëüòåðíàòèâà Cu
AlMg
(ÀÌã5) 2700 1150 160 +20 23,9 19,6 0,2 Àëüòåðíàòèâà Mo
ÏÎÑ-
61
— — 50,2 — — — — —
ÏÎÑÊ
50-18
— — 54,4 — — — — —
)(α
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 2
33
ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
òèâíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóð â ïëîñêîñòè
óïðîùåííîé ñõåìû ËÌ. Îäíàêî ó÷èòûâàÿ ñëîæíîñòü
è ðàçíîîáðàçèå êîíñòðóêòèâíûõ ðåøåíèé ËÌ, à òàê-
æå ðåàëüíîñòü óñëîâèé èõ ôóíêöèîíèðîâàíèÿ (ïóñ-
êîâûå ðåæèìû, íåñòàöèîíàðíîñòü òåïëîâûõ ðåæè-
ìîâ), ïåðñïåêòèâà ðàçðàáîòêè òåïëîâîé ìîäåëè ËÌ
íà îñíîâå íåñòàöèîíàðíîãî óðàâíåíèÿ Ôóðüå ïðåä-
ñòàâëÿåòñÿ âïîëíå îïðàâäàííîé.
Ãåîìåòðè÷åñêîå è òåïëîôèçè÷åñêîå ìîäåëèðîâà-
íèå ëàçåðíîãî ìîäóëÿ è ÷èñëåííîå ðåøåíèå óðàâíå-
íèÿ Ëàïëàñà îñóùåñòâëÿëîñü ìåòîäîì êîíå÷íûõ ýëå-
ìåíòîâ ñ ïîìîùüþ ïðèêëàäíîãî ïðîãðàììíîãî ïðî-
äóêòà «Òåïëî-90».
Ìîäóëü ïðåäñòàâëåí òðåìÿ ïîäîáëàñòÿìè ñ ñóì-
ìàðíûì êîëè÷åñòâîì òðåóãîëüíûõ ýëåìåíòîâ 913.
 êà÷åñòâå èñòî÷íèêà òåïëîòû ïðèíèìàåòñÿ îñíîâà-
íèå êðèñòàëëà GaAs, ñîåäèíåííîãî õîðîøèì òåïëî-
âûì êîíòàêòîì ñ îïîðíûì ýëåìåíòîì. Âñå òåïëî-
âûå è ìåõàíè÷åñêèå êîíòàêòû ìåæäó ýëåìåíòàìè ËÌ
îñóùåñòâëÿëèñü ïàéêîé ïðèïîÿìè ÏÎÑ è ÏÎÑÊ ñ
òîëùèíîé ñëîÿ ≤100 ìêì. Çíà÷åíèÿ òåðìè÷åñêèõ
ñîïðîòèâëåíèé ýòèõ êîíòàêòîâ ñ ó÷åòîì êîýôôèöè-
åíòîâ òåïëîïðîâîäíîñòè ïðèïîåâ (ïðèâåäåíû â òàá-
ëèöå) çíà÷èòåëüíî íèæå òåðìîñîïðîòèâëåíèé ìàòå-
ðèàëîâ îòäåëüíûõ ýëåìåíòîâ ËÌ, ÷òî, áåç çàìåòíîé
ïîãðåøíîñòè, äîïóñêàåò èõ èäåàëèçàöèþ. Êðîìå ýòî-
ãî, ïðè ìîäåëèðîâàíèè òåïëîâûõ ðåæèìîâ íå ó÷è-
òûâàëàñü ëó÷èñòàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òåïëîîáìåíà ñ
âíåøíåé ñðåäîé è ýëåìåíòîâ ËÌ äðóã ñ äðóãîì.
Ïëîòíîñòü òåïëîâîãî ïîòîêà, âûäåëÿåìîãî â p�n-
ïåðåõîäå ïðè òåïëîâîé ìîùíîñòè 0,2 Âò, îòíåñåíà ê
ïëîùàäè îñíîâàíèÿ êðèñòàëëà ëàçåðíîãî äèîäà.
Êîíå÷íî, ýòè è äðóãèå äîïóùåíèÿ âíîñÿò ïîãðåø-
íîñòè â çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóð, îñîáåííî íà òåïëîîò-
äàþùåé ãðàíè ËÄ, îäíàêî äëÿ àíàëèçà è îöåíêè ïå-
ðåïàäîâ òåìïåðàòóð â ñå÷åíèè Õ�Y ËÌ âëèÿíèå
ýòèõ äîïóùåíèé, ïî íàøåìó ìíåíèþ, íåçíà÷èòåëüíî.
Íà ðèñ. 2 (ñì. 4-þ ñòð. îáëîæêè) ïðèâåäåíî
òåìïåðàòóðíîå ïîëå â ïëîñêîñòè Õ�Y ëàçåðíîãî ìî-
äóëÿ ïðè ïëîòíîñòè òåïëîâîãî ïîòîêà íà îñíîâàíèè
êðèñòàëëà q=800 êÂò/ì2 è ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå
íà âíåøíåé ïîâåðõíîñòè îñíîâàíèÿ ËÌ +50°Ñ (óñ-
ëîâèå ïåðâîãî ðîäà).
Ðàñïðåäåëåíèå è òåìïåðàòóðíûé óðîâåíü ïîëåé
ËÌ èçîáðàæàåòñÿ íà ðèñóíêå ðàçëè÷íîé èíòåíñèâ-
íîñòüþ öâåòà. Äëÿ êîëè÷åñòâåííîé îöåíêè òåìïåðà-
òóð ñïðàâà ïðèâåäåíà èäåíòèôèêàöèîííàÿ òàáëèöà.
Ñîãëàñíî ïîëó÷åííûì íà ìîäåëè ðàñïðåäåëåíèÿì
òåìïåðàòóð, âåëè÷èíà òåìïåðàòóðíîãî ïåðåïàäà îò
èñòî÷íèêà òåïëà äî íèæíåé ãðàíè ËÌ äëÿ âûáðàí-
íûõ óñëîâèé ñîñòàâëÿåò 22,9°Ñ. Ïðè ýòîì äî ãðàíè-
öû ñîåäèíåíèÿ ìåäíîãî ïüåäåñòàëà è âåðõíåé ãðàíè
îñíîâàíèÿ ËÌ âåëè÷èíà ïåðåïàäà òàêàÿ æå, êàê è
ïî ñå÷åíèþ îñíîâàíèÿ, ÷òî îáúÿñíÿåòñÿ ñóùåñòâåí-
íûì ðàçëè÷èåì òåïëîïðîâîäíîñòè ñîñòàâëÿþùèõ ìà-
òåðèàëîâ. Ïîëó÷åííàÿ â ðåçóëüòàòå ìîäåëèðîâàíèÿ
ìàêñèìàëüíàÿ âåëè÷èíà òåìïåðàòóðíîãî ïåðåïàäà
ïîêàçûâàåò, ÷òî îðãàíèçàöèÿ îòáîðà òåïëà (îõëàæ-
äåíèÿ) ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ â ëþáîé çîíå ðàñ-
ñìàòðèâàåìîãî ñå÷åíèÿ ËÌ.  êà÷åñòâå ïðèìåðà
äîïóñòèìà êîìáèíàöèÿ (ñîïðÿæåíèå) ËÌ ñ òåðìî-
ýëåêòðè÷åñêîé áàòàðååé, êîòîðàÿ ïðèñîåäèíåíà �õî-
ëîäíîé� ïîâåðõíîñòüþ ê íèæíåé ãðàíè îñíîâàíèÿ
ìîäóëÿ.  ýòîì ñëó÷àå ÷òîáû ñîõðàíèòü íîðìàòèâ-
íóþ òåìïåðàòóðó íà êîíòàêòå ËÄ, íåîáõîäèìî îáåñ-
ïå÷èòü òåìïåðàòóðó ïðèìûêàþùåé ê ËÌ ïîâåðõíî-
ñòè áàòàðåè íà óðîâíå îêîëî 20°Ñ, ÷òî òåõíè÷åñêè
âïîëíå îñóùåñòâèìî.
Íå ìåíåå ïðèâëåêàòåëüíûì ïî âîçìîæíîñòè ïðàê-
òè÷åñêîé ðåàëèçàöèè ïðåäñòàâëÿåòñÿ ñïîñîá îòâîäà
òåïëîòû îò ËÌ ñ èñïîëüçîâàíèåì êîíâåêòèâíîãî
òåïëîîáìåíà. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî îòâîä òåïëîòû îò
ìîäóëÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîòîêîì ãàçà (âîçäóõà), îìû-
âàþùåãî òîëüêî íèæíþþ ãðàíü ìîäóëÿ, ò. å. ïðè
ãðàíè÷íûõ óñëîâèÿõ òðåòüåãî ðîäà. Ïðè ýòîì ÷òîáû
íå âûõîäèòü çà ïðåäåëû äîïóñòèìûõ òåìïåðàòóð
ìèêðîýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ, ñíèçèì ïëîòíîñòü òåï-
ëîâîãî ïîòîêà äî 400 êÂò/ì2, èìèòèðóÿ òåì ñàìûì
êàê áû óâåëè÷åíèå ïîâåðõíîñòè íèæíåé ãðàíè ìîäó-
ëÿ â 2 ðàçà. Òîãäà êîýôôèöèåíò òåïëîîòäà÷è, êîòî-
ðûé îïðåäåëÿåì èç ñîîòíîøåíèÿ [9, c. 70]
Nu=0,664Re0,5Pr0,33 (3)
ïðè ñêîðîñòè âîçäóõà äî 25 ì/ñ è åãî òåìïåðàòóðå
≤20°Ñ, ñîñòàâëÿåò îêîëî 200 Âò/(ì2·Ê). Òàêàÿ èí-
òåíñèâíîñòü òåïëîîòäà÷è ïîçâîëÿåò îòâåñòè òåïëî-
âûå ïîòîêè ïðèâåäåííîé âûøå ïëîòíîñòè.
Õàðàêòåð ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóð â ËÌ ïðè
òàêèõ óñëîâèÿõ ïðèâåäåí íà ðèñ. 3 (ñì. 4-þ ñòð.
îáëîæêè), èç êîòîðîãî âèäíî, ÷òî óðîâåíü òåìïåðà-
òóð ïî ñå÷åíèþ ìîäóëÿ ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò
âåëè÷èíû, ïðèâåäåííûå íà ðèñ. 2. Ýòî âïîëíå çàêî-
íîìåðíî äëÿ âûáðàííûõ óñëîâèé òåïëîîáìåíà. Âìå-
ñòå ñ òåì òåìïåðàòóðíûé ïåðåïàä ∆t ìåæäó êîíòàê-
òèðóþùåé ïîâåðõíîñòüþ ËÄ è íèæíåé ãðàíüþ ìîäó-
ëÿ óìåíüøèëñÿ äî 14,2°Ñ, ÷òî íà 38% ìåíüøå ïåðå-
ïàäà òåìïåðàòóð â ïåðâîì ñëó÷àå. Ýòè ñîîòíîøåíèÿ
äîñòàòî÷íî ðåàëüíû äëÿ ðàññìàòðèâàåìîãî âàðèàíòà
è ïîêàçûâàþò, ÷òî åñëè â ñõåìå òåïëîîáìåíà ïðî-
äîëæàòü óâåëè÷èâàòü ïëîùàäü êîíâåêòèâíîé ïîâåð-
õíîñòè, êîòîðóþ ïðàêòè÷åñêè ìîæíî ðàçâèòü â äå-
ñÿòêè è áîëåå ðàç, òî óðîâåíü òåìïåðàòóð â ïëîñêî-
ñòè êîíòàêòà ËÄ ñíèçèòñÿ äî 30�40°Ñ ïðè ñîõðà-
íåíèè óêàçàííîãî ïåðåïàäà.
Çàäàâàÿñü äèàïàçîíîì ïåðåìåííûõ è ïðèâÿçûâà-
ÿñü ê íîðìàòèâíûì âåëè÷èíàì òåïëîâûõ ïîòîêîâ è
òåìïåðàòóð, íà îñíîâå òåïëîâûõ ìîäåëåé ìîæíî îï-
ðåäåëèòü ãðàíèöû ïðèåìëåìûõ çíà÷åíèé ýòèõ âåëè-
÷èí äëÿ ïðàêòè÷åñêîé ðåàëèçàöèè ÑÎÒÐ. Òàê, íà
ðèñ. 4 è 5 (ñì. 4-þ ñòð. îáëîæêè) äàíû èëëþñòðà-
öèè òåìïåðàòóðíûõ ïîëåé, èç êîòîðûõ âûáðàíû ñî-
îòâåòñòâóþùèå âåëè÷èíû, à èõ ôóíêöèîíàëüíàÿ ñâÿçü
ïðåäñòàâëåíà â âèäå ãðàôèêîâ íà ðèñ. 6. Ïðèâåäåí-
íûå íà ðèñ. 6 êðèâûå õàðàêòåðèçóþò ôóíêöèîíàëü-
íûå çàâèñèìîñòè θ=f(αê; toc), ãäå θ=tð/tíð; tð � ðå-
àëüíàÿ òåìïåðàòóðà â çîíå êîíòàêòà ËÄ è ïîäëîæ-
êè; tíð � íîðìàòèâíàÿ òåìïåðàòóðà â çîíå êîíòàêòà
ËÄ (ïðèíÿòà +50îÑ); αê � âåëè÷èíà êîýôôèöèåíòà
òåïëîîòäà÷è â ïðèâÿçêå ê íèæíåé ãðàíè îñíîâàíèÿ
ËÌ; tîñ � çàäàâàåìàÿ òåìïåðàòóðà íèæíåé ãðàíè îñ-
íîâàíèÿ ËÌ (óñëîâèÿ ïåðâîãî ðîäà).
Ïîëó÷åííûå êðèâûå 1, 2 è 3 îòðàæàþò íå óìåíü-
øåíèå îòâîäèìîãî îò ËÄ òåïëîâîãî ïîòîêà (íîðìà-
òèâíàÿ âåëè÷èíà êîòîðîãî ïðè ðàñ÷åòå ïðèíÿòà ðàâ-
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 2
34
ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
íîé 0,2 Âò), à ñíèæåíèå åãî ïëîòíîñòè çà ñ÷åò óâåëè-
÷åíèÿ (ðàçâèòèÿ) ïîâåðõíîñòè òåïëîîòäà÷è íèæíåé
ãðàíè îñíîâàíèÿ ËÌ, íàïðèìåð, ïóòåì åå îðåáðåíèÿ.
Èñõîäÿ èç ýòèõ óñëîâèé ìû íàáëþäàåì, ÷òî ïðè
q=100 êÂò/ì2 (ò. å. óâåëè÷åíèå ïîâåðõíîñòè òåïëî-
îòäà÷è â 8 ðàç) êðèâàÿ 1 äîñòèãàåò âåëè÷èíû θ=1
ïðè αê ïîðÿäêà 250 Âò/(ì2·Ê). Êðèâàÿ 4, îòðàæàþ-
ùàÿ òåïëîîáìåí ïåðâîãî ðîäà, ïî÷òè íà âñåì ïðîòÿ-
æåíèè (äî toc, áëèçêîé ê 25îÑ) ëåæèò íèæå óðîâíÿ
çíà÷åíèé θ=1, ò. å. ëþáîå çíà÷åíèå òåìïåðàòóðû íà
îñè tîñ ñëåâà îò âåëè÷èíû 25îÑ îáåñïå÷èâàåò ïîä-
äåðæàíèå íîðìàòèâíîé òåìïåðàòóðû ËÄ. Ïîëå, îáðà-
çîâàííîå ïåðåñå÷åíèåì êðèâûõ 1 è 4, îïðåäåëÿåò
çîíó öåëåñîîáðàçíîñòè òåõíè÷åñêîé ðåàëèçàöèè
ÑÎÒÐ.
 [11] ïðèâåäåíà äîâîëüíî îðèãèíàëüíàÿ ñõå-
ìà ïîääåðæàíèÿ òåïëîâîãî ðåæèìà ËÌ ñ èñïîëü-
çîâàíèåì òåðìîýëåêòðè÷åñêîãî ìèêðîîõëàäèòåëÿ
(ÒÝÌÎ). Ðàçâèâàÿ ýòó êîíöåïöèþ, ñ ó÷åòîì ïîëó-
÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ ìîäåëèðîâàíèÿ åå ìîæíî íå-
ñêîëüêî ìîäåðíèçèðîâàòü � âûíåñòè ÒÝÌÎ íà âíå-
øíþþ ñòîðîíó êîðïóñà ËÌ. Ýòî íåìíîãî óïðîùàåò
òåõíîëîãèþ èçãîòîâëåíèÿ ìîäóëÿ, ò. ê. ïîçâîëÿåò
îñòàâèòü åå ïðàêòè÷åñêè áåç èçìåíåíèÿ, à òàêæå îò-
êðûâàåò ïåðñïåêòèâó äàëüíåéøåãî ðàçâèòèÿ òàêîãî
íàïðàâëåíèÿ.
Íà ðèñ. 7 â êà÷åñòâå òåïëîâîãî ìàêåòà ïðèâå-
äåíà ñõåìà ÑÎÒÐ, ãäå ÒÝÌÎ �õîëîäíîé� ïîâåðõ-
íîñòüþ ñîåäèíåí ñ íèæíåé ãðàíüþ ËÌ, ÷òî îáåñïå-
÷èâàåò çàäàíèå íåîáõîäèìîé òåìïåðàòóðû (óñëîâèÿ
ïåðâîãî ðîäà) â ñîîòâåòñòâèè ñ äàííûìè ðèñ. 6.
Îäíàêî ïðèâåäåííàÿ êîìïîíîâî÷íàÿ ñõåìà íå ëèøå-
íà íåêîòîðûõ íåäîñòàòêîâ. Òàê, âûáðàííîå ìåñòî
óñòàíîâêè ÒÝÌÎ ïëîõî óâÿçûâàåòñÿ ñ íåîáõîäè-
ìîñòüþ îðãàíèçàöèè îõëàæäåíèÿ �ãîðÿ÷åé� ñòîðî-
íû ÒÝÌÎ, à òàêæå ñëîæíîñòüþ ìîíòàæà âñåãî êîì-
ïëåêñà íà ïëàòå.
Äâèãàÿñü â ðóñëå ìîäåëüíûõ ïðåäñòàâëåíèé è
àíàëèçèðóÿ ýôôåêòèâíîñòü ðàçëè÷íûõ óñëîâèé òåï-
ëîîòâîäà (â ò. ÷. è òðåòüåãî ðîäà), ìîæíî ïðåäñòà-
âèòü êîíñòðóêòèâíîå îôîðìëåíèå ÑÎÒÐ è â äðóãèõ
ñõåìíûõ ðåøåíèÿõ. Íà ðèñ. 8 ïðèâåäåíà ñèñòåìà
îõëàæäåíèÿ, â êîòîðîé òåïëîâîé ïîòîê îò ËÄ ïåðå-
äàåòñÿ òåïëîïðîâîäíîñòüþ ÷åðåç âñå ýëåìåíòû äî
íèæíåé ãðàíè îñíîâàíèÿ ËÌ, ïîâåðõíîñòü êîòîðîé
ñîåäèíåíà ñ ýôôåêòèâíûì îðåáðåíèåì, âûïîëíåí-
íûì, íàïðèìåð, èç òîíêèõ èãîëü÷àòûõ ýëåìåíòîâ, îìû-
âàåìûõ ïîòîêîì âîçäóõà. Ðåøàÿ ñîâìåñòíîå óðàâ-
íåíèå òåïëîïðîâîäíîñòè è êîíâåêòèâíîé òåïëîîòäà-
÷è, ïîëó÷èì îöåíî÷íûå âåëè÷èíû ïàðàìåòðîâ è õà-
ðàêòåðèñòèê, îáåñïå÷èâàþùèõ îòâîä òåïëîâîãî ïî-
òîêà 0,2�0,3 Âò.
Ïîñêîëüêó ýôôåêòèâíîñòü òåïëîïåðåäà÷è îò ËÄ
â îõëàæäàþùóþ ñðåäó â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè çà-
1 2 3 4
5
6
7
5,
0
1,5 0,5
6,0
Ðèñ. 7. Ñõåìà ÑÎÒÐ òåïëîâîãî ìàêåòà ËÌ ñ ïðèìåíå-
íèåì ÒÝÌÎ:
1 � ËÄ; 2 � ïîäëîæêà; 3 � ïüåäåñòàë; 4 � îñíîâàíèå ËÌ;
5 � ÒÝÌÎ; 6 � �õîëîäíàÿ� ñòîðîíà ÒÝÌÎ; 7 � "ãîðÿ÷àÿ�
ñòîðîíà ÒÝÌÎ
1,
0
5 6 7
1 2 3 4
6,0
1,5 0,55,
0
2,
0
0,
2
Q
3,
5
1,
0
Ðèñ. 8. Ñõåìà ÑÎÒÐ òåïëîâîãî ìàêåòà ËÌ ñ êîíâåê-
òèâíûì îõëàæäåíèåì:
1 � ËÄ; 2 � ïîäëîæêà; 3 � ïüåäåñòàë; 4 � îñíîâàíèå ËÌ;
5 � âîçäóøíûé ïîòîê; 6 � îðåáðåíèå (ðàçâèòàÿ ïîâåðõíîñòü);
7 � òåïëîïðîâîäíàÿ îáîéìà
Ðèñ. 6. Çàâèñèìîñòü îòíîøåíèÿ ðåàëüíîé òåìïåðàòóðû
òåïëîîáìåííûõ ïîâåðõíîñòåé ê íîðìàòèâíîé (ïðèíÿòà
ðàâíîé +50°Ñ) ïðè ðàçëè÷íûõ òåïëîâûõ ïîòîêàõ è óñ-
ëîâèÿõ òåïëîîòâîäà â çîíå êîíòàêòà ËÄ è ïîäëîæêè (1 �
q=100 êÂò/ì2; 2 � q=400 êÂò/ì2; 3 � q=800 êÂò/ì2) è
íà íèæíåé ãðàíè îñíîâàíèÿ ËÌ (4 � q=800 êÂò/ì2)
50 100 150 200 250
Êì
Âò
ê 2,α
0 10 20 30 40 tîñ, °C
3
2
1
4
θ
8
7
6
5
4
3
2
1
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 2
35
ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
âèñèò îò âåëè÷èíû êîíâåêòèâíîãî êîýôôèöèåíòà
òåïëîîòäà÷è αê, ïîëüçóÿñü èçâåñòíûìè çàâèñèìîñòÿ-
ìè [1, c. 14; 9, c. 72], îöåíèì èõ çíà÷åíèÿ. Òàê, äëÿ
åñòåñòâåííîé êîíâåêöèè, ñîãëàñíî óðàâíåíèþ
αê=À1[(tc�tâç)/d5]0,125, (4)
αê≈40 Âò/(ì2·Ê) ïðè äèàìåòðå d=1 ìì (ïðîâîëî÷-
êè èëè èãîëü÷àòîãî ýëåìåíòà), A1=0,3 �êîýôôèöè-
åíò, ó÷èòûâàþùèé âçàèìîñâÿçü ìåæäó îõëàæäàþùåé
ñðåäîé (âîçäóõ, tâç=20°Ñ) è ñðåäíåé òåìïåðàòóðîé
ïðîâîëîêè (tc=100°Ñ).
Åñëè ïðè òåõ æå ïàðàìåòðàõ ïðèíÿòü d=0,1 ìì,
òî çíà÷åíèå αê óâåëè÷èâàåòñÿ äî 130 Âò/(ì2·Ê).
Èíòåíñèôèêàöèÿ òåïëîîáìåíà âûíóæäåííîé êîíâåê-
öèåé (ïðè 25,5<Re<63,7, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ñêîðîñ-
òè âîçäóõà 2...5 ì/ñ è d=0,2 ìì), â ñîîòâåòñòâèè
ñ çàâèñèìîñòÿìè [9, ñ. 72] Nu =0,795Re1
0,384 è
Nu =0,583Re2
0,471, ñóùåñòâåííî óâåëè÷èâàåò çíà÷å-
íèÿ αê � äî 350...536 Âò/(ì2·Ê). Âûñîêàÿ èíòåí-
ñèâíîñòü êîíâåêòèâíîé òåïëîîòäà÷è ïðè ïðîäóâà-
íèè ñåòîê (äèàìåòð ïðîâîëîêè 0,343 ìì) âîçäóø-
íûì ïîòîêîì ñî ñêîðîñòüþ ïîðÿäêà 10 ì/ñ ýêñïå-
ðèìåíòàëüíî ïîäòâåðæäåíà [12, c. 148], ãäå ïðèâî-
äÿòñÿ çíà÷åíèÿ αê≈1150 Âò/(ì2·Ê).
Òàêèì îáðàçîì, ïðåäñòàâëÿåòñÿ âïîëíå ðåàëüíûì
ïðèíÿòü äëÿ îöåíêè òåïëîîòäà÷è îò ËÄ ê îõëàæäà-
þùåé ñðåäå αê=150...300 Âò/(ì2·Ê).  ýòîì ñëó÷àå,
çàäàâøèñü ïåðåïàäîì ìåæäó ñðåäíåé òåìïåðàòóðîé
ðàçâèòîé ïîâåðõíîñòè è íàáåãàþùèì ïîòîêîì âîç-
äóõà ïîðÿäêà 10�20°Ñ, ïîëó÷èì âåëè÷èíó îòâîäè-
ìîãî òåïëîâîãî ïîòîêà äî 10 Âò.
Íåñìîòðÿ íà îáíàäåæèâàþùèå âåëè÷èíû òåïëî-
âîãî ïîòîêà, òàêîå êîíñòðóêòèâíîå ðåøåíèå òàêæå
èìååò íåäîñòàòêè, îáóñëîâëåííûå íåîáõîäèìîñòüþ
ñåðüåçíîãî âìåøàòåëüñòâà â òåõíîëîãèþ èçãîòîâëå-
íèÿ ËÌ, âûáîðà ñîîòâåòñòâóþùèõ ìàòåðèàëîâ (îñ-
íîâàíèÿ è èãîëü÷àòûõ ýëåìåíòîâ), à òàêæå óñëîæíå-
íèÿ ìîíòàæà, îðãàíèçàöèè âîçäóøíîãî îõëàæäåíèÿ
è õðàíåíèÿ ËÌ.
Áîëåå ïðèåìëåìîé âûãëÿäèò ñõåìà, â êîòîðîé
òåïëîâîé ïîòîê îò ËÄ îòáèðàåòñÿ â íåïîñðåäñòâåí-
íîé áëèçîñòè ê çîíå êîíòàêòà ËÄ (íàïðèìåð, òåïëî-
ïðîâîäíûì ýëåìåíòîì) è âûíîñèòñÿ çà ãåðìåòè÷-
íûé êîðïóñ ËÌ ÷åðåç åãî êðûøêó. Ïðè ýòîì òåïëî-
âûì �èíòåðôåéñîì� ìîæåò ñëóæèòü èëè ñàìà êðûøêà,
èëè âûõîäÿùèé çà åå ïðåäåëû òåïëîïðîâîäíûé ýëå-
ìåíò. Íåêîòîðûå âàðèàíòû òàêîãî ïîäõîäà ê êîíñò-
ðóêòèâíîìó ðåøåíèþ ÑÎÒÐ äëÿ òèïîâîãî ËÌ ïðåä-
ñòàâëåíû íà ðèñ. 9 è 10. Ïðèâåäåííûå íà ýòèõ ðè-
ñóíêàõ ñõåìû òåõíè÷åñêèõ ïðåäëîæåíèé ïðàêòè÷åñ-
êè èäåíòè÷íû, ò. ê. îòëè÷àþòñÿ òîëüêî âûáîðîì òåõ-
íîëîãè÷åñêèõ ïðèåìîâ äëÿ èõ ðåàëèçàöèè è ãåîìåò-
ðèåé òåïëîîáìåííèêîâ.
Âìåñòå ñ òåì, íå óãëóáëÿÿñü â âîïðîñû àíàëèçà
è îöåíêè êîìïëåêñà ôàêòîðîâ, ñâÿçàííûõ ñ öåëåñî-
îáðàçíîñòüþ ðàññìàòðèâàåìûõ òåõíè÷åñêèõ ïðåäëî-
æåíèé, ñëåäóåò îòìåòèòü âîçìîæíîñòü èõ äàëüíåé-
øåãî ðàçâèòèÿ. Òàê, èíîãäà â ñèñòåìàõ êîììóíèêà-
öèé, â ò. ÷. è îïòîâîëîêîííûõ, âîçíèêàåò íåîáõîäè-
ìîñòü êîìïîíîâêè çíà÷èòåëüíîãî ÷èñëà îäèíàêîâûõ
4 3 2 1 3 2 1 5
Ðèñ. 10. Âàðèàíò ñõåìû îõëàæäåíèÿ ËÄ êîíâåêöèåé
âîçäóõà ñ öèëèíäðè÷åñêèì òåïëîîáìåííèêîì:
1 � êîðïóñ òåïëîîáìåííèêà (ìåäíàÿ òðóáêà ∅4�6 ìì;
δ=0,3�0,5 ìì); 2 � ðàçâèòàÿ ïîâåðõíîñòü òåïëîîáìåííèêà;
3 � òåïëîïðîâîäíûé ýëåìåíò (èíòåðôåéñ); 4 � êðûøêà êîð-
ïóñà ËÌ; 5 � îõëàæäàþùèé ïîòîê
0,5
ËÄ
1
2
3
4
5
6
3 2 1 7
Ðèñ. 9. Ñõåìà îõëàæäåíèÿ ËÄ êîíâåêöèåé âîçäóõà ñ
òåïëîîáìåííèêîì, âûíåñåííûì íà êðûøêó ìîäóëÿ, è
òåïëîïðîâîäîì:
1 � òåïëîîáìåííèê, ïðèïàÿííûé íà êðûøêó ìîäóëÿ; 2 � ðàç-
âèòàÿ ïîâåðõíîñòü òåïëîîáìåííèêà; 3 � ñòåíêà êðûøêè (íå-
ðæàâåþùàÿ ñòàëü, òîëùèíà δ=0,3 ìì); 4 � ïðèïàÿííàÿ ñ âíóò-
ðåííåé ñòîðîíû êðûøêè êîíòàêòíàÿ ñêîáà (ìåäü, δ<0,5 ìì);
5 � âïàÿííûé êîíåö òåïëîïðîâîäà; 6 � òåïëîïðîâîä (æãóò
ìåäíûõ âîëîêîí ∅ 30�70 ìêì); 7 � îõëàæäàþùèé ïîòîê
Ðèñ. 11. Âàðèàíòû ÑÎÒÐ äëÿ ãðóïïû ýëåêòðîííûõ ýëå-
ìåíòîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì êîëëåêòîðíîé ñèñòåìû îõëàæ-
äåíèÿ (à � êîíâåêòèâíàÿ ñõåìà; á � ñìåøàííàÿ ñõåìà):
1 � ËÌ; 2 � òåïëîîáìåííèê; 3 � âîçäóõîâîäû; 4, 8 � âåíòè-
ëÿòîð; 5 � ÒÝÌÎ; 6, 7 � òåïëîîáìåííèêè íà �õîëîäíîé� è
�ãîðÿ÷åé� ñòîðîíàõ ÒÝÌÎ; 9 � èíòåðôåéñ ËÌ; 10 � òåïëî-
ïðîâîä (òåïëîâàÿ òðóáà); 11 � òåïëîâîé êîíòàêò òåïëîïðîâî-
äà ñ ÒÝÌÎ; 12 � ïëàòà
1 2 3
4 6
5 7 8
à)
1 9 10 7 11 5 8
12
á)
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 2
36
ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
òåïëîíàïðÿæåííûõ ýëåìåíòîâ, òàêèõ êàê ËÌ, â îáúå-
ìå îäíîãî óñòðîéñòâà.  ýòèõ ñëó÷àÿõ îðãàíèçàöèÿ
"èíäèâèäóàëüíûõ" ñèñòåì îõëàæäåíèÿ, íàïðèìåð, ñî-
ïðÿæåíèå êàæäîãî ËÌ ñ ÒÝÌÎ èëè ñ âåíòèëÿòî-
ðîì, ñòàíîâèòñÿ ñëîæíûì ìåðîïðèÿòèåì. Îäíàêî åñëè
ðàññìîòðåòü âîçìîæíîñòü îáúåäèíåíèÿ ãðóïïû ËÌ
íà îñíîâå êîëëåêòîðíîé ñõåìû ñ öåíòðàëèçîâàííûì
îáåñïå÷åíèåì íåîáõîäèìûõ ïàðàìåòðîâ ñèñòåìû îõ-
ëàæäåíèÿ, òî òàêèå ÑÎÒÐ âûãëÿäÿò ïðåäïî÷òèòåëü-
íåå äðóãèõ. Ïðèìåðíûå ñõåìû ïðåäëàãàåìîãî âàðè-
àíòà êîëëåêòîðíîé ÑÎÒÐ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 11.
Ïðåäâàðèòåëüíàÿ îöåíêà òàêîé ñèñòåìû ñ ó÷åòîì
âûïîëíåííûõ ðàíåå ðàñ÷åòîâ ïîêàçûâàåò, ÷òî åå òåï-
ëîîáìåííàÿ ýôôåêòèâíîñòü ïîçâîëÿåò îáåñïå÷èòü
íîðìàòèâíûé òåïëîâîé ðåæèì êàæäîãî ËÄ ñ òåïëî-
âîé ìîùíîñòüþ äî 0,3 Âò. Êðîìå òîãî, ìîæíî îòìå-
òèòü ñðàâíèòåëüíóþ ïðîñòîòó èçãîòîâëåíèÿ ñèñòåìû
è ãèáêîñòü åå ìîíòàæà â ïðîñòðàíñòâå, à òàêæå ìè-
íèìàëüíîå "âìåøàòåëüñòâî" â òåõíîëîãèþ ïðîèçâîä-
ñòâà ñàìèõ ýëåêòðîííûõ ýëåìåíòîâ � ËÌ.
***
Ïðîâåäåííîå òåïëîâîå ìîäåëèðîâàíèå ïîçâîëè-
ëî îöåíèòü âåëè÷èíû è ãðàíèöû òåìïåðàòóðíûõ ïå-
ðåïàäîâ è ïîëåé â ñå÷åíèÿõ ëàçåðíûõ ìîäóëåé â
äèàïàçîíàõ íîðìàòèâíûõ ïàðàìåòðîâ åãî ôóíêöèî-
íèðîâàíèÿ. Àíàëèç ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ äàë âîç-
ìîæíîñòü íàìåòèòü íàïðàâëåíèÿ äàëüíåéøåé ðàçðà-
áîòêè ñèñòåì îáåñïå÷åíèÿ òåïëîâûõ ðåæèìîâ äëÿ
ËÌ ñ ïðèâëå÷åíèåì íîâûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïîäõî-
äîâ â èõ ðåàëèçàöèè. Ðàññìîòðåííûå ñõåìíî-êîíñò-
ðóêòîðñêèå ðåøåíèÿ ìîãóò áûòü ïîëîæåíû â îñíî-
âó ðàçðàáîòêè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ îáðàçöîâ îòäåëü-
íûõ ýëåìåíòîâ ñèñòåì îáåñïå÷åíèÿ òåïëîâûõ ðåæè-
ìîâ è ñèñòåì â öåëîì äëÿ ëàçåðíûõ ìîäóëåé è äðó-
ãèõ òåïëîíàïðÿæåííûõ ìèêðîýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Äóëüíåâ Ã. Í. Òåïëîîáìåí â ðàäèîýëåêòðîííûõ
óñòðîéñòâàõ.� Ì.: Ãîñýíåðãîèçäàò, 1963.
2. Peterson G. P. Investigation of mikro heat pipes
fabrikated as an integral part of silicon waffers.� 8th
IHPC, Bejing, China, 1992.
3. Chen H., Groll H., Rosler S. Mikro heat pipes:
experimental inwestigation and theoretical modelling.�
Ibid.
4. Li T., Cao L., Xiang L. Reseach and application for
the heat transfer performance of small heat pipes.� Ibid.
5. Polasek F., Zelko M. Termal control of electronic
components by heat pipes and thermosyphons.� 10th IHPC,
1997.
6. Ôåäàñþê Ä. Â. Ìåòîäè òà çàñîáè òåïëîâîãî ïðîåê-
òóâàííÿ ì³êðîåëåêòðîííèõ ïðèñòðî¿â.� Ëüâ³â: Âèä-âî
Äåðæ. óí-òó �Ëüâ³âñüêà ïîë³òåõí³êà�, 1999.
7. Àâòîìàòèçàöèÿ òåïëîâîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ ìèêðî-
ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ ñðåäñòâàìè ÑÀÏÐ / Êîâàëü Â. À.,
Ôåäàñþê Ä. Â., Ìàñëîâ Â. Â., Òàðíîâñêèé Â. Ô.� Ëüâîâ:
Âûñø. øê., Èçä-âî ïðè Ëüâîâ. óí-òå, 1988.
8. Òàáëèöû ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí. Ñïðàâî÷íèê.� Ì.:
Àòîìèçäàò, 1976.
9. Óîíã Õ. Îñíîâíûå ôîðìóëû è äàííûå ïî òåïëîîá-
ìåíó äëÿ èíæåíåðîâ.� Ì.: Àòîìèçäàò, 1979.
10. Êóòàòåëàäçå Ñ. Ñ., Áîðèøàíñêèé Â. Ì. Ñïðàâî÷-
íèê ïî òåïëîïåðåäà÷å.� Ì.�Ë.: Ãîñýíåðãîèçäàò, 1959.
11. Îñèíñêèé Â. È., Âåðáèöêèé Â. Ã., Íèêîëàåíêî
Þ. Å. è äð. Òåïëîâûå ïðîöåññû â ìèêðîëàçåðíûõ óñò-
ðîéñòâàõ èíôîðìàöèîííûõ ñèñòåì // Òåõíîëîãèÿ è êîí-
ñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.� 2000.� ¹ 2�
3.� Ñ. 27�35.
12. Êýéñ Â. Ì., Ëîíäîí À. Ë. Êîìïàêòíûå òåïëîîá-
ìåííèêè.� Ì.�Ë.: Ãîñýíåðãîèçäàò, 1962.
Àäðåñ âûñòàâêè: ã. Êèåâ, ïð-ò Ïîáåäû, 40-Á
(ïàðê èì. À. Ñ. Ïóøêèíà)
Îðãàíèçàòîðû âûñòàâêè:
Ôèðìà "Presto EXPO"
òåë.: +38 (044) 449-94-76, 443-73-50
e-mail: proexpo@diver.relñ.com
Âûñòàâî÷íûé öåíòð "ACCO International"
òåë.: +38 (044) 456-38-02,456-38-04
4-ÿ ìåæäóíàðîäíàÿ
ñïåöèàëèçèðîâàííàÿ âûñòàâêà
ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ
è êîìïëåêòóþùèõ
«Ìèð ýëåêòðîíèêè 2001»
Óêðàèíà, Ê
èåâ,
17�20 îêòÿáðÿ 2001 ã.
Ñò. ìåòðî
«Øóëÿâñêàÿ»
Ñò. ìåòðî
«Ïîëèòåõíè÷åñêàÿ»
Ïðîñïåêò Ïîáåäû
MMMMM
MMMMM
ÄÊ ç-äà
«Áîëüøåâèê»
Ï
àð
ê
èì
.
À.
Ñ.
Ï
óø
êè
íà
|