Математическое моделирование температурных полей силовых биполярных транзисторов

• Автор: Белозерцев, Андрей Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 120 с. : ил.

1. Аналитический обзор современного состояния математического моделирования тепловых полей в компонентах электронной техники
2. Постановка задачи теплопереноса и токораспределения
в корпусе биполярного транзистора и методы ее решения
2.1 Общая физическая постановка
2.2 Математическая постановка задачи пространственного теплопереноса
2.3 Метод решения
2.4 Метод расчета токов
2.5 Общий алгоритм
2.6 Тестирование алгоритма
2.7 Исследование влияния сеточных параметров на погрешность расчетов
3. Численное исследование температурного поля и электрических характеристик работы транзистора
3.1 Исследование распределения плотности тока эмиттерных
полос и динамических ВАХ транзисторной структуры
3.2 Исследование влияния расположения кристалла в корпусе прибора..„73
3.3 Исследование влияния значений сопротивлений балластных резисторов на температурное распределение токов эмиттерных полос
3.4 Исследование влияния топологии кристалла на неравномерность температурного поля
4. Экспериментальное исследование температур поверхности кристаллов транзисторов
4.1 Методика экспериментальных исследований
4.2 Результаты исследований температурных полей поверхности кристалла и их анализ

4.3 Исследование температур поверхности кристалла транзистора в металлическом корпусе
4.4 Исследование температурной зависимости ВАХ
4.5 Сопоставление результатов численного анализа и
экспериментальных исследований
Заключение
Список литературы

Полупроводниковые приборы (ППП) прочно заняли свою нишу в современной электронике[1-10]. На сегодняшний день практически любое бытовое или радиотехническое устройство имеет в составе полупроводниковые устройства, начиная от стиральных машин до сотовых телефонов и компьютеров. При современных тенденциях всеобщей миниатюризации, увеличения степени интеграции и энерговыделения выходит на передний план задача обеспечения благоприятных тепловых режимов для работы полупроводниковых устройств[2-4]. К современным радиотехническим системам предъявляются высокие требования по сроку службы и надежности, по производительности и геометрическим размерам[5]. Рост производительности любой системы неизбежно связан с ростом энергопотребления и энерговыделения[4]. По сути, все эти требования противоречивы. Увеличение энерговыделения при неизменных геометрических размерах, либо уменьшение геометрических размеров при постоянной рассеиваемой мощности непременно приведут к увеличению температур и соответственно к снижению надежности[5]. В этой гонке за производительностью (численными значениями токов, напряжений, тактовых частот) было недостаточно уделено внимания вопросу теплоотвода и взаимодействию тепловых и электрических процессов, протекающих в полупроводниковых приборах. Данной работой автор попытался частично восполнить этот пробел.
Современные полупроводниковые приборы в основном являются различной комбинацией базовых элементов на основе диодов, полевых и биполярных транзисторов и пр. Транзисторы применяются в схемах генерации, усиления и преобразования сигналов[6-7].
Особое место в электронике занимают мощные биполярные транзисторы[1]. Они широко применяются в устройствах усиления сигналов,

Поставленную плоскую задачу можно протестировать на алгоритме для пространственной задачи теплопроводности. Для этого достаточно обеспечить постоянство теплофизических характеристик по координате 2 и задать нулевыми тепловые потоки на границах при 2=0 и 2= 10мм.
Рис. 2.6.1 - Область решения тестовой задачи. 1- линейная область, 2-нелинейная область, 3- нелинейная область с зависимым источником тепловыделения.
Теплофизические характеристики области 2 описываются зависимостями (2.11-212), область 1 с постоянными теплофизическими характеристиками. Задана равномерная разностная сетка 10x10.
Таблица 2.4.2. ТФХ областей тестовой задачи.
Область Теплопроводность Теплоемкость Плотность Тепловыделение
1 141 700 100
2 (2.11) (2.12) 100
3 (2.11) (2.12) 100 (2.54)
В ходе численных экспериментов было установлено, что погрешность по балансу энергии прямо пропорционально зависит от отношения коэффициента объемной теплоемкости к коэффициенту теплопроводности.