Конструктивні особливості та охолодження ІВ
Широкого поширення набули корпуси типу 2. У зарубіжній літературі корпуси з дворядним розташуванням зовнішніх висновків називаються DIP – корпусами (dual-in-line-packige). Нижче на рис.4а,бнаведено основні геометричні розміри корпусів типу 238.16-1 та 238.16-2.
Мал. 4 Конструкція корпусу типу 2
Тіло корпусів виготовлене із пластмаси. Кристал прикріплений до підкладки клеєм ВК-32-200. Матеріалом підкладки корпусу 238.16-1 служить сітал завтовшки 0,6мм, корпусу 238.16-2 – дюралюміній. Дюралюмінева підкладка виконує функції розтікача теплоти. Висновки товщиною 0,25 - 0,3 мм армують тіло корпусу на велику глибину. Тепловий потік від кристала частково передається за висновками ПП та знімається з корпусу конвекцією та тепловим випромінюванням. Таким чином, відбувається охолодження корпусів малої потужності.
Сучасні мікрокорпуси ІС широкого застосування типу SO (Small Outline) нагадують зменшений варіант корпусу DIP. Число висновків від 4 до 28. Тип висновків «крило чайки» (рис. 5а).
Мал.5 Корпуси ІВ для поверхневого монтажу
а- висновки "крило чайки";б- "J" - висновки;в- безвивідний корпус
Число висновків 8, 14 і 16, висновки розташовуються з кроком 1,27 мм. За обсягом на 70% менше корпусу типу DIP.
Для корпусування БІС та НВІС застосовують корпуси типу PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) – пластмасові кристалоносії з висновками. Проекція PLCC є майже правильним квадратом і має зазвичай від 18 до 84 висновків. Крок висновків зазвичай становить 1,27 або 0,635 мм (у деяких НВІС крок 0,508 мм). Висновки розташовуються в один ряд на периферії. Варіанти корпусів з числом висновків до 52 мають «J» - образні висновки, що загинаютьсяпід корпус (рис.4 б). Охолодження кристала відбувається так само, як у корпусів типу DIP.
Заміна в ІВ пластмаси на кераміку знижує тепловий опір з 55...60 К/Вт до 30...40 К/Вт і, відповідно, призводить до зниження температурного перепаду в два рази при одній і тій же потужності тепловиділення.
Безвивідні корпуси (рис.4,в) встановлюються на керамічну плату без повітряного зазору, покращуючи тепловідведення.
Тепловідведення від ІВ, встановлених на ПП, може здійснюватися за допомогою теплопровідних шин, які мають безпосередньо під корпусами ІВ (рис.6,а) або бути суцільними (рис. 6,б) .
Рис.6 Охолодження ІВ за допомогою тепловідвідних шин:
а– комірка з шинами – теплостоками та плоским тепловим роз'ємом;б– комірка з суцільним тепловідведенням та ребристим тепловим роз'ємом;
1 елементи тепловідведення; 2- ІВ; 3-друкована плата; 4- вікна в тепловідвідній шині; 5-розетка з'єднувача
Матеріалом для теплових шин є сплави алюмінію, мідь та її сплави. Товщина шин не менше 0,5 мм для міді та її сплавів, 1 мм для алюмінію та його сплавів. Конструкції з тепловими шинами застосовуються за всіх видів охолодження ЕС: природно – вентильованому, примусово – вентильованому, рідинному.
Однією з умов ефективного застосування кондуктивних теплостоків є забезпечення низького теплового опору між корпусом ІВ та теплостоком за рахунок приклеювання.
При повітряному охолодженні теплові шини виконують функцію радіаторів.
У герметичних конструкціях забезпечують тепловий контакт теплостоків із корпусом блоку через тепловий роз'єм. На поверхні корпусу мають радіатори.
Ефективність охолодження можна підвищити застосуванням теплових шин (теплостоків) татеплових роз'ємів у поєднанні з рідинним охолодженням.
Приклад із застосуванням теплових шин та теплового роз'єму у поєднанні з рідинним охолодженням показаний на рис.7. По обидва боки МПП розташовані тепловідвідні шини, на яких закріплені корпуси ІС.
Рис.7 Теплова модель функціонального осередку:
1 – канал для рідкого теплоносія; 2 - тепловий роз'єм; 3 – корпус ІВ; 4 – тепловідвідна шина; 5 – друкована плата
Шини з'єднані з ребристим тепловідведенням, що становить частину пластинчастого теплового роз'єму. Інша частина роз'єму встановлюється на каркас шафи і з'єднується з теплообмінником, яким циркулює охолодна рідина. Така конструкція має низький тепловий опір по всій платі (0,3 – 0,5 К/Вт), забезпечує можливість оперативної заміни осередків у пристроях.
Загальним для розглянутих способів охолодження є використання корпусів ІВ відповідних теплової моделі, представленої на рис.1,а.
В останнє десятиліття для охолодження потужних ІВ стали широко застосовуватися корпуси ІВ відповідні другої моделі (рис.1,б). Інтенсифікація тепловідведення досягається застосуванням радіаторів (рис.8).
Рис.8 Конструкція ІВ з примусовим повітряним охолодженням:
1-кристал; 2-корпус; 3- клей; 4-радіатор; 5- висновки; 6- кришка
Примусова повітряна система охолодження переміщає повітря вздовж ПП зі ІС зі швидкістю до 5м/с.
Аналогічна конструкція ІВ використовується при локальному (струменевому) охолодженні ІВ (рис.9).
Рис.9 Схема струменевого обдування ІВ в блоці:
1 – корпус ІВ з радіатором; 2-друкована плата; 3-колектор
Спосіб широко застосовується для охолодження ВІС в персональних комп'ютерах та ефективностіпорівняємо з рідинним охолодженням.