Численное моделирование теплофизических процессов термостатирования

• Автор: Карабан, Вадим Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ РЭА НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ

1.1. Основные направления проектирования термоустойчивой РЭА

1.2. Обзор существующих методов решения дифференциальных уравнений в частных производных
1.3. Информационный анализ математического моделирования теплофизических процессов в РЭА

1.4. Основные результаты

2. ДВУХМЕРНАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ И МЕТОД ЕЕ РЕШЕНИЯ

2.1. Общая физическая постановка

2.2. Математическая формулировка задачи регулирования температуры термостабильной подложки и метод ее решения
2.3. Тестирование двухмерной математической модели и метода
решения
2.4. Основные результаты
3. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ В РАМКАХ ДВУМЕРНОЙ МОДЕЛИ ТЕПЛОПЕРЕНОСА
3.1. Выбор закона регулирования температуры подложки гибридноинтегральных схем на основании численного моделирования теплофизических процессов
3.2. Исследование влияния заданного диапазона температуры статирования на параметры регулирования температуры подложки гибридно-интегральных схем

3.3. Зависимость времени выхода на режим, величины температурных перепадов и статической ошибки регулирования от диапазона изменения температуры внешней среды и теплопроводности материала подложки
3.4. Топологическая термокомпенсация на основании эффекта минимальной статической ошибки
3.5. Моделирование работы пропорционального регулятора температуры
с учетом дестабилизирующих факторов
3.6. Основные результаты
4. ТРЕХМЕРНАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ
И МЕТОД ЕЕ РЕШЕНИЯ
4.1. Математическая формулировка задачи регулирования температуры в рамках трехмерной модели и метод ее решения
4.2. Влияние толщины термостабильной подложки на параметры регулирования температуры в гибридно-пленочном микротермостате
4.3. Основные результаты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ

Дальнейшее развитие и совершенствование радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), выполняющей функции генерирования, модуляции, усиления, кодирования, декодирования, а также обработки и передачи информации и работающей в жестких эксплуатационных условиях, тесно связанно с развитием радиоэлектроники и технологии, с разработкой высоконадежных и высокостабильных электрорадиоэлементов (ЭРЭ), повышением технологичности и экономичности вновь разрабатываемой РЭА.
В своей работе РЭА специального назначения подвергается воздействию самых разнообразных факторов, в том числе и — температуры среды, которая в значительной степени влияет на параметры, как отдельных элементов, так и устройств в целом. Микроэлектронная элементная база III и IV поколений, выполненная с помощью методов интегрально-групповой технологии, позволяет достигнуть высокой стабильности параметров работы РЭА, однако в ряде случаев требования к стабильности таковы, что для обеспечения заданной надежности и режима функционирования необходимо применять специальные методы термостабилизации, одним из которых является микротермостатирование.
Развитие микроэлектроники представляет разработчикам РЭА специального назначения возможность более широкого и эффективного использования микротермостатирования, обусловленную тем, что термостабилизируемые элементы РЭА и само устройство микротермостатирования - микротермостат (МТ) может выполняться за единый технологический цикл, в едином корпусе.
Обоснованное и рациональное использование микротермостатирования, как перспективного метода термостабилизации, позволяет улучшить параметры РЭА специального назначения. Однако в настоящее время не нашли в полной мере обосновании и отражения следующие вопросы:
- определения влияния дестабилизирующих факторов на основные

релятивистских пучков с виртуальным катодом (виракторов) для практики представляет интерес увеличение частоты следования импульсов. Однако при этом возникают технические проблемы, связанные со стойкостью анодной сетки. Поэтому в работе [55] проведен расчет термических и механических нагрузок анодной сетки СВЧ генератора с виртуальным катодом в импульснонепрерывном режиме работы. Тепловой режим работы сетки описывается нелинейным дифференциальным уравнением баланса температуры. Учитываются эффекты омического нагрева и теплового удара, потери тепла за счет излучения. С этими упрощениями Решение уравнение баланса температуры проводилось методом Рунге-Кутта со следующими допущениями: омический нагрев чрезвычайно мал по сравнению с тепловым ударом, теплопроводностью на наносекундных масштабах времени можно пренебречь, потери тепла происходят основном за счет излучения. Результат решения показал, что среднее значение температуры выходит на насыщение, при этом температура с большим запасом далека от температуры плавления. Дальнейшее соотнесение механических напряжений, возникающие вследствие теплового удара с прочностными характеристиками материала сетки показали, что в импульсно-периодическом режиме работы анодная сетка может испытывать значительные механические нагрузки, а это исключает возможность дальнейшего увеличения частоты следования импульсов и требует принятия специальных мер для увеличения прочности анодной сетки.
1.4. Основные результаты
1. Обоснованное и рациональное использование микротермостатирования, как перспективного метода термостабилизации, позволяет улучшить параметры РЭА специального назначения. Однако в настоящее время не нашли в полной мере обоснования и отражения вопросы:
- определения влияния дестабилизирующих факторов на основные параметры системы микротермостатирования;