ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ МОЩНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ РЭА

Резюме. Целью исследования является анализ проблемы отвода выделяющего тепла в мощных транзисторах и разработка устройств для термостабилизации мощных транзисторов в радиоэлектронной аппаратуре.

Метод. Предложен способ испытания мощных транзисторов при использовании устройства обеспечения заданной температуры в объеме статирования двухпозиционным регулятором температуры и модели устройств для термостабилизации мощных транзисторов. Предложенные устройства обеспечивают высокую точность термостабилизации мощных транзисторов в системе радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), связанную с высокой точностью поддержания температуры на заданном уровне термоэлектрической батареей.

Результат. Для обеспечения требуемых тепловых режимов мощных транзисторов разработаны конструкции устройств, повышающих точность термостабилизации мощных транзисторов, с высокой эффективностью, малым потреблением энергии и небольшими размерами.

Вывод. По результатам экспериментальных исследований были получены оптимальные конструкции устройств, предназначенных для термостабилизации элементов РЭА, рассеивающих при своей работе значительные мощности. Техническим результатом устройств является повышение точности термостабилизации элемента РЭА за счет использования рабочего вещества, температура плавления которого совпадает с температурой термостабилизации элемента РЭА. Разработанные устройства обладают следующими функциями работы: в зависимости от электрических сигналов с датчиков температуры, до которых переместилась твердая фаза рабочего вещества, будет последовательно отключать секции термоэлементов термоэлектрической батареи; батарея термоэлектрического модуля (ТЭМ) отводит избыток тепла от термостабилизирующего вещества, сохраняя при этом необходимую температуру элемента РЭА, избыток тепла от тепловыделяющих спаев батареи ТЭМ отводится теплообменником; при плавлении рабочего вещества температура тонкостенной металлической емкости и соответственно температура элемента РЭА будет поддерживаться при постоянном значении, равном температуре плавления рабочего вещества. 

1. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства. Справочник. Киев: Наукова Думка, 1979. 768 с.

2. Булат Л.П. Прикладные исследования и разработки в области термоэлектрического охлаждения в России // Холодильная техника, №7, 2009. С. 34-37.

3. Вайнер А.Л., Спокойный Ю.Е., Лукишер Э.М., Сомкни М.Н. Проектирование термоэлектрических микрохолодильников глубокого охлаждения для радиоэлектроники // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, 1970. № 3.

4. Воронин А.Н., Гальперин В.Л., Зорин И.В., Кудасов А.С. Термоэлектрический холодильник для радиоэлектронной аппаратуры ТЭХРА-1 // Приборы и техника эксперимента, 1988. № 5. С. 212-214.

5. Дульнев Г. И. Тепло-и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высшая школа, 1984. 247 с.

6. Исмаилов Т.А. Термоэлектрические полупроводниковые устройства и интенсификаторы теплопередачи. СПб.: Политехника, 2005. 534 с.

7. Исмаилов Т.А., Шахмаева А.Р. Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для испытания мощных транзисторов // Радиотехника, 2008. № 6. С.134-136.

8. Исмаилов Т.А., Рашидханов А.Т., Юсуфов Ш.А. Термоэлектрическое устройство для обеспечения теплового режима блоков радиоэлектронных систем // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки, 2015. Т. 37, № 2. С.50-59.

9. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Евдулов Д.В. Результаты теоретических исследований системы охлаждения элементов РЭА, работающих в режиме повторно-кратковременных тепловыделений // Термоэлектричество, 2015. № 6. С. 74-87.

10. Исмаилов Т.А., Саркаров Т.Э., Шангереева Б.А., Шахмаева А.Р. Защита поверхности кремниевых подложек на основе легкоплавкого стекла для изготовления кремниевых транзисторов // Стекло и керамика, 2017. № 5. С. 25-28.

11. Исмаилов Т.А., Шахмаева А.Р., Шангереева Б.А. Исследование параметров, влияющих на пробивное напряжение биполярного транзистора со статической индукцией // Известия Высших учебных заведений. Радиоэлектроника, 2017. № 2. С. 23-28.

12. Патент РФ № 2534508. Конденсационный шкаф РЭА // Исмаилов Т.А., Рашидханов А.Т., Гаджиев А.М. Б.И. № 33, 2014.

13. Патент РФ № 2634927. Устройство для отвода теплоты от элементов РЭА, работающих в режиме повторно-кратковременных тепловыделений // Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Евдулов Д.В., Казумов Р.Ш. Бюл. № 31, 2017.

14. Шахмаева А.Р. Оптимизация технологии посадки кристалла кремниевого транзистора на основание корпуса // Проектирование и технология электронных средств, 2006. № 4. С.26-27.

15. Электроника: Наука, Технология, Бизнес 3/2007. С. 26-29.

16. Cengel Yu., Ghajar A. Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Applications. – New-York, McGraw-Hill Education, 6 edition, 2019. 1056 pp.

17. Chin H.S., Cheong K.Y., Ismail A.B. A review on die attach materials for SiC-based high-temperature power devices // Metall. Mater. Trans. B, vol. 41, no. 4, 2010. pp. 824-832.

18. Khazaka R., Mendizabal L., Henry D., Hanna R.. Survey of high-temperature reliability of power electronics packaging component s// IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, no. 5, 2015. pp. 2456-2464.

19. Sajid M., Hassan I., Rahman A. An overview of cooling of thermoelectric devices// School of Mechanical & Manufacturing Engineering (SMME), National University of Sciences & Technology (NUST), Islamabad, Pakistan/ Texas A&M University at Qatar, P.O. Box 23874, Doha, Qatar. Energy. Volume 118, 1 January 2017, рр. 1035-1043

20. Tang G., Chai T.C., Zhang X. Thermal optimization and characterization of SiC-based high power electronics packages with advanced thermal design // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 9 (5), art. no. 8423098, 2019. pp. 854-863.

21. Tardiff David W., Dore-North Lyne. Thermal modeling speeds up design // Electron. Packag. and Prod., № 9, 1994.

22. Yangang W., Xiaoping D., Guoyou L., Yibo W., Daohui L., Steve J. Status and Trend of SiC Power Semiconductor Packaging // Electronic Packaging Technology (ICEPT) 2015 16th International Conference on, 2015. pp. 396-402.