реклама на сайте
подробности

 
 
2 страниц V   1 2 >  
Reply to this topicStart new topic
> Тепловой режим HMC8205BF10, Допустимая долговременная температура микросхемы
Master_MW
сообщение Apr 6 2018, 07:50
Сообщение #1


Местный
***

Группа: Свой
Сообщений: 202
Регистрация: 18-12-08
Из: Беларусь, Минск
Пользователь №: 42 590



Добрый день, уважаемые коллеги.

Возникла проблема в следующем. Для одной из задач потребовалось сложить в октаве мощность 4-х микросхем HMC8205BF10.

Сложил на квадратурных мостах HDS2F, все прекрасно с точки зрения СВЧ, потери на суммирование 4-х усилителей всего 0,45 дБ в 2-4 ГГц. На данный момент занимаюсь конструктивным оформлением в серийное производство,
а опыта по подобным вещам маловато. Токи через каждую из четырех микросхем не превышают 1,5 А. (необходимо было получить достаточно высокую мощность P1dB)

Возникли следующие вопросы:

1. Какая максимальная рабочая температура самого кристалла? Для миллиона часов наработки допускается температура +225 градусов.

Можно ли подымать выше для уменьшения габаритов системы охлаждения или нежелательно? Например, у TGA2578-CP температура кристалла для наработки 100 000 т часов составляет 260 градусов, для наработки 1 000 000 часов - те же 225 градусов.

По ТЗ же наработка на отказ 10 000 часов.


2. Из какого материала выгоднее выполнить корпус? СВЧ блоки стараюсь покрывать иммерсионным серебром, но на алюминий серебро ложиться только через промежуточное покрытие (никель-бор, например). А дополнительное покрытие - это лишнее термосопротивление. Или имеет смысл сделать из латуни, на нее серебро ложится напрямую?


3. Вопрос может и дилетантский, но так и не смог разобраться точно. Тепловое сопротивление кристалл-корпус микросхемы для HMC8205BF10 составляет 1,57 градуса Цельсия на Ватт. То есть, градиент между корпусом и 1,57*(50Вольт х 1,5 А) = 115,5 градусов. Сильно уж много. С другой стороны, для температуры кристалла 260 градусов микросхема может работать при температуре ее корпуса 144,5 градуса. Это заключение справедливо?


Заранее благодарен.


--------------------
Отсуствие единых стандартов всегда будет мучать человечество.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
iliusmaster
сообщение Apr 6 2018, 08:11
Сообщение #2


Частый гость
**

Группа: Участник
Сообщений: 169
Регистрация: 15-04-17
Пользователь №: 96 556



Если массо- габарит позволяет, и за копейку не удавят, то я бы делал из меди. Любые сплавы(латунь в т.ч.) обычно имеют большее термосопротивление. Или можно попробовать подложить двумерную термопрокладку из наноуглерода, чтобы тепло по корпусу раскидать.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
ikm
сообщение Apr 6 2018, 08:22
Сообщение #3


Знающий
****

Группа: Свой
Сообщений: 866
Регистрация: 25-12-06
Из: С-Пб
Пользователь №: 23 894



Цитата(Master_MW @ Apr 6 2018, 10:50) *
2. Из какого материала выгоднее выполнить корпус? СВЧ блоки стараюсь покрывать иммерсионным серебром, но на алюминий серебро ложиться только через промежуточное покрытие (никель-бор, например). А дополнительное покрытие - это лишнее термосопротивление. Или имеет смысл сделать из латуни, на нее серебро ложится напрямую?
3. Вопрос может и дилетантский, но так и не смог разобраться точно. Тепловое сопротивление кристалл-корпус микросхемы для HMC8205BF10 составляет 1,57 градуса Цельсия на Ватт. То есть, градиент между корпусом и 1,57*(50Вольт х 1,5 А) = 115,5 градусов. Сильно уж много. С другой стороны, для температуры кристалла 260 градусов микросхема может работать при температуре ее корпуса 144,5 градуса. Это заключение справедливо?

Там максимальный ток 1,3А, но ваши рассуждения в целом верны. Что указано во второй строке документа: При температуре на корпусе 85С, температура перехода будет 187 град (при Uпит 50В).

Толщина промежуточного покрытия никель-бор, ничтожно мала, что много вы там не потеряете. У Латуни в два раза меньше теплопроводность нежели у чистого Алюминия, тут вы потеряете больше, так как толщины уже совсем другие.


--------------------
ОБХОДЯ РАЗЛОЖЕННЫЕ ГРАБЛИ - ТЫ ТЕРЯЕШЬ ДРАГОЦЕННЫЙ ОПЫТ!!!
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Master_MW
сообщение Apr 6 2018, 08:59
Сообщение #4


Местный
***

Группа: Свой
Сообщений: 202
Регистрация: 18-12-08
Из: Беларусь, Минск
Пользователь №: 42 590



Цитата(ikm @ Apr 6 2018, 11:22) *
Там максимальный ток 1,3А, но ваши рассуждения в целом верны. Что указано во второй строке документа: При температуре на корпусе 85С, температура перехода будет 187 град (при Uпит 50В).

Толщина промежуточного покрытия никель-бор, ничтожно мала, что много вы там не потеряете. У Латуни в два раза меньше теплопроводность нежели у чистого Алюминия, тут вы потеряете больше, так как толщины уже совсем другие.


Как раз максимальный ток может быть много больше, чем 1300 мА. например, график 27 страницы 9 даташита. При входной мощности +20 дБмВт потребляемый ток равен 1800 мА. Но это детали. Более интересует максимальная температура кристалла для наработки 100 000 часов. Она явно не 225 градусов.


--------------------
Отсуствие единых стандартов всегда будет мучать человечество.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
ikm
сообщение Apr 6 2018, 09:18
Сообщение #5


Знающий
****

Группа: Свой
Сообщений: 866
Регистрация: 25-12-06
Из: С-Пб
Пользователь №: 23 894



Цитата(Master_MW @ Apr 6 2018, 11:59) *
Как раз максимальный ток может быть много больше, чем 1300 мА. например, график 27 страницы 9 даташита. При входной мощности +20 дБмВт потребляемый ток равен 1800 мА. Но это детали. Более интересует максимальная температура кристалла для наработки 100 000 часов. Она явно не 225 градусов.

Я бы прочитал, это так: Что максимальная температура на кристалле 225 градусов, и при этом наработка будет 1млн. Но из этого не следует , что при температуре 250 градусов наработка будет 100 тыс, так как при такой температуре наработка может быть 0 (м/сх сгорит).


--------------------
ОБХОДЯ РАЗЛОЖЕННЫЕ ГРАБЛИ - ТЫ ТЕРЯЕШЬ ДРАГОЦЕННЫЙ ОПЫТ!!!
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Master_MW
сообщение Apr 6 2018, 09:57
Сообщение #6


Местный
***

Группа: Свой
Сообщений: 202
Регистрация: 18-12-08
Из: Беларусь, Минск
Пользователь №: 42 590



Цитата(iliusmaster @ Apr 6 2018, 11:11) *
Если массо- габарит позволяет, и за копейку не удавят, то я бы делал из меди. Любые сплавы(латунь в т.ч.) обычно имеют большее термосопротивление. Или можно попробовать подложить двумерную термопрокладку из наноуглерода, чтобы тепло по корпусу раскидать.


Спасибо за совет. А вы не в курсе, чистая медь будет отводить тепло эффективнее алюминия?

Цитата(ikm @ Apr 6 2018, 12:18) *
Я бы прочитал, это так: Что максимальная температура на кристалле 225 градусов, и при этом наработка будет 1млн. Но из этого не следует , что при температуре 250 градусов наработка будет 100 тыс, так как при такой температуре наработка может быть 0 (м/сх сгорит).


Возможно, хотя и маловероятно. У меня нет в данной области опыта, потому я создал данный топик. На самый край, буду выяснять данный вопрос экспериментально, но не хотелось бы.


--------------------
Отсуствие единых стандартов всегда будет мучать человечество.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
iliusmaster
сообщение Apr 6 2018, 12:01
Сообщение #7


Частый гость
**

Группа: Участник
Сообщений: 169
Регистрация: 15-04-17
Пользователь №: 96 556



"Теоретические основы теплотехники" автор A.М. Литвин
ТЕПРОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, ккал/м*ч*град
Алюминий 180-200
Медь чистая 350
Серебро 350 - 360
Медь обычная 300-320

Теплопроводность меди почти в два раза выше.
Но это только поможет отвести тепло от места контакта кристалла с корпусом, рассеивать это тепло также нужно, а это уже вопрос конструкции системы охлаждения.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
MePavel
сообщение Apr 6 2018, 17:15
Сообщение #8


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 188
Регистрация: 11-11-13
Из: Воронеж
Пользователь №: 79 150



Цитата(ikm @ Apr 6 2018, 11:22) *
У Латуни в два раза меньше теплопроводность нежели у чистого Алюминия, тут вы потеряете больше, так как толщины уже совсем другие.

Латунь ЛС 59-1 ГОСТ 15527-2004 - 121 Вт/(м*K).
Латунь Л 96 - 234 Вт/(м*K),
Дюраль Д-16 ГОСТ 4784-97 - 177 Вт/(м*K).

Так что с латунью не всё так плохо. При тех размерах корпуса микросхемы теплопроводность материала основания большого значения не имеет.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
VCO
сообщение Apr 6 2018, 17:39
Сообщение #9


Voltage Control Output
******

Группа: Свой
Сообщений: 4 598
Регистрация: 21-07-09
Из: Kursk
Пользователь №: 51 436



Ставьте холодильник на элементах Пельте и будет всё ОК! Если это вписывается в конструкцию, конечно.
Или криогенератор - это ещё веселее. Но тут именно хвост виляет собакою. Иного пока и не представляю...


--------------------
Слово - не воробей, вылетит - не пощадит
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Mishuroff
сообщение Apr 6 2018, 18:41
Сообщение #10


Участник
*

Группа: Участник
Сообщений: 45
Регистрация: 9-11-13
Пользователь №: 79 111



Цитата(Master_MW @ Apr 6 2018, 10:50) *
2. Из какого материала выгоднее выполнить корпус? СВЧ блоки стараюсь покрывать иммерсионным серебром, но на алюминий серебро ложиться только через промежуточное покрытие (никель-бор, например). А дополнительное покрытие - это лишнее термосопротивление. Или имеет смысл сделать из латуни, на нее серебро ложится напрямую?

Заранее благодарен.


Сплав АМг-61 (коррозийно стойкий) можно покрыть олово-висмутом или химическим\гальваническим никелем.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
khach
сообщение Apr 6 2018, 19:02
Сообщение #11


Гуру
******

Группа: Свой
Сообщений: 3 417
Регистрация: 29-12-04
Пользователь №: 1 741



Heat spreader - некая подложка, которая разведет тепло на большую площадь чем изначальный кристалл., а потом справятся и обычная медь или алюминий. Может быть и металлизированным алмазом, и нитридом алюминия, и еще куча вариантов.
Температура перехода выше 200 градусов- это за гранью добра и зла для долгой и спокойной жизни для большинства полупроводников, кроме нитрида.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
VCO
сообщение Apr 6 2018, 19:54
Сообщение #12


Voltage Control Output
******

Группа: Свой
Сообщений: 4 598
Регистрация: 21-07-09
Из: Kursk
Пользователь №: 51 436



Цитата(khach @ Apr 6 2018, 22:02) *
Температура перехода выше 200 градусов- это за гранью добра и зла для долгой и спокойной жизни для большинства полупроводников, кроме нитрида.

Тут надо смотреть на кристалл, а не на технологию. +85 - это приговор, а не диагноз, но тут никакие сплавы не спасут, кроме "холодильника", но не вентилятора. Сам работал с кристаллами и сам знаю, как это сложно. А уж если корпусированы - вдвойне сложнее: дно корпуса дальше чем...


--------------------
Слово - не воробей, вылетит - не пощадит
Go to the top of the page
 
+Quote Post
khach
сообщение Apr 6 2018, 20:31
Сообщение #13


Гуру
******

Группа: Свой
Сообщений: 3 417
Регистрация: 29-12-04
Пользователь №: 1 741



Цитата(VCO @ Apr 6 2018, 21:54) *
Тут надо смотреть на кристалл, а не на технологию. +85 - это приговор,

Нитриду и 200 градусов фигня, чего не сказать про арсенид и кремний- германий.

Go to the top of the page
 
+Quote Post
VCO
сообщение Apr 7 2018, 03:21
Сообщение #14


Voltage Control Output
******

Группа: Свой
Сообщений: 4 598
Регистрация: 21-07-09
Из: Kursk
Пользователь №: 51 436



Цитата(khach @ Apr 6 2018, 23:31) *
Нитриду и 200 градусов фигня, чего не сказать про арсенид и кремний- германий.

Это всё замечательно, но что будет с характеристиками при перегреве? Там на 12-м рисунке вижу серьёзное снижение усиления в полосе.
Кроме того, если там рядом есть кремниевые и арсенид-галиевые братья по оружию, то надо и о них как-то позаботиться в плане надёжности.


--------------------
Слово - не воробей, вылетит - не пощадит
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Master_MW
сообщение Apr 7 2018, 08:46
Сообщение #15


Местный
***

Группа: Свой
Сообщений: 202
Регистрация: 18-12-08
Из: Беларусь, Минск
Пользователь №: 42 590



Цитата(iliusmaster @ Apr 6 2018, 15:01) *
"Теоретические основы теплотехники" автор A.М. Литвин
ТЕПРОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, ккал/м*ч*град
Алюминий 180-200
Медь чистая 350
Серебро 350 - 360Медь обычная 300-320 Ватт
Теплопроводность меди почти в два раза выше.
Но это только поможет отвести тепло от места контакта кристалла с корпусом, рассеивать это тепло также нужно, а это уже вопрос конструкции системы охлаждения.


Да, похоже, вы правы. Скорее всего , так как за каждую копейку в этом проекте не душат, придется сделать корпус из меди. А рассеивать уже алюминиевым радиатором с обдувом.

Цитата(MePavel @ Apr 6 2018, 20:15) *
Латунь ЛС 59-1 ГОСТ 15527-2004 - 121 Вт/(м*K).
Латунь Л 96 - 234 Вт/(м*K),
Дюраль Д-16 ГОСТ 4784-97 - 177 Вт/(м*K).

Так что с латунью не всё так плохо. При тех размерах корпуса микросхемы теплопроводность материала основания большого значения не имеет.


согласен. Но проблема в том. что данных микросхем стоит 4, в экспериментальном корпусе из Д16Т. Сам корпус стоит на огромном радиаторе с двумя вентиляторами в качестве обдува. При включении двух микросхем проблем нету. ПРи включении еще двух корпус в течении примерно часа все-таки разогревается до 90 градусов по Цельсию, где уже срабатывает термозащита. Включение происходит после остывания корпуса до 50 градусов, что и происходит буквально через 40 секунд. То есть, интуитивно , не хватает букавально чуть-чуть теплопроводности. Возможно, медный корпус решит проблему.

Цитата(VCO @ Apr 6 2018, 20:39) *
Ставьте холодильник на элементах Пельте и будет всё ОК! Если это вписывается в конструкцию, конечно.
Или криогенератор - это ещё веселее. Но тут именно хвост виляет собакою. Иного пока и не представляю...


Александр, доброго времени суток! Рад Вас слышатьsm.gif Действительно, на крайний случай предусмотрен вариант с элементом Пельтье, но хотелось бы обойтись классическими методами. Просто элементы Пельтье потащат за собой резкий рост энегропотребеления.


Цитата(khach @ Apr 6 2018, 23:31) *
Нитриду и 200 градусов фигня, чего не сказать про арсенид и кремний- германий.



Да и при 260 градусах температуры кристалла та же TGA2578-CP должна наработать 100 000 часов на отказ. Жаль, на HMC8250BF10 нет аналогичного графика.


Цитата(VCO @ Apr 7 2018, 06:21) *
Это всё замечательно, но что будет с характеристиками при перегреве? Там на 12-м рисунке вижу серьёзное снижение усиления в полосе.
Кроме того, если там рядом есть кремниевые и арсенид-галиевые братья по оружию, то надо и о них как-то позаботиться в плане надёжности.


По моим экспериментам с HMC8205BF10 и TGA2578-CP - практически никак. Одно уточнение - меня интересует точка компрессии по выходу 1 дБ в октавном диапазоне, то есть ток через каждую микросхему где-то 1450 мА, то есть не сильно выше, чем без сигнала по входу (1300 мА). По включению усилителя - коэффициент передачи чуть больше номинального, с прогревом припадает где-то на 1,5 -2 дБ. В качестве предусилителя - 2 последовательно включенные HMC637. Точка компрессии выходной мощности после суммирования 4-х HMC8205 что сразу после включения, что непосредственно перед срабатываем термозащиты - плавает не более чем на 1 дБ чтос натяжкой, но можно списать на погрешность измерения sm.gif. Нелинейность ФЧХ изменений не претерпевает.


--------------------
Отсуствие единых стандартов всегда будет мучать человечество.
Go to the top of the page
 
+Quote Post

2 страниц V   1 2 >
Reply to this topicStart new topic
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0

 


RSS Текстовая версия Сейчас: 18th August 2018 - 19:19
Рейтинг@Mail.ru


Страница сгенерированна за 0.01118 секунд с 7
ELECTRONIX ©2004-2016