Все микросхемы содержат элементы, которые в какой-то степени рассеивают тепло. Отвод этого тепла или его влияние на соседние элементы сказывается на работе схемы и ее конструкции, а потому представляет важную проблему для любой ТПС. Передача тепла по подложке составляет только часть процесса теплоотвода; обычно оказывается, что в этом процессе важную роль играют проводники выводов. Недавно автор провел сравнение свойств четырех неорганических материалов, из которых можно изготавливать тонкие пластинки. Их важнейшие свойства перечислены в табл. 1.
На подложки различных размеров, выполненные из этих материалов, был напылен ряд резисторов простейшей формы, но тоже с различными размерами. Затем .эти образцы были испытаны при различных уровнях мощности и было измерено распределение температуры по поверхности каждой подложки. Особое внимание обращалось на величину максимального превышения температуры, которое обычно имело место в центре резистора. По превышению температуры в «горячей точке» при данном уровне мощности можно определить величину, характеризующую способность подложки рассеивать мощность и выражаемую в «милливаттах на градус» .
Значения этой величины, приведенные в табл. 2, показывают, что допустимая мощность рассеяния больше зависит от площади подложки Ат чем резистора Ап% Для характеристики материала удобно ввести показатель качества М, выражаемый в «милливаттах на градус на единицу площади». Этот параметр может относиться или к площади всей подложки, или к площади резистора/ В табл. 2 величина Мх относится к площади подложки, а М2— к площади резистора. Такой параметр в идеальном случае не должен зависеть от геометрических факторов, и, как видим, в этом смысле величина Мх предпочтительнее, чем М%. Тем самым подтверждается, что для определения максимальной мощности рассеяния при данном превышении температуры размеры подложки имеют большее значение, чем размеры резистора.
В табл. 3 при данных размерах подложки приведены значения относительной допустимой мощности рассеяния для трех различных материалов подложки. Из таблицы видно, что если резистивный слой занимает только небольшую часть всей подложки, то при десятикратном возрастании теплопередачи от стекла к керамике коэффициент Mi увеличивается в 2,5 раза, тогда как в случае резистивного слоя большой площади получается гораздо меньшее возрастание М\, примерно в 1,4 раза.
Кроме того, были проведены эксперименты на берил-лиевой керамике, которая имеет исключительно высокую теплопроводность 0,60 10~5 вт/м град, близкую к теплопроводности некоторых металлов. Такой материал обладает интересными возможностями для специальных применений, но он весьма дорог. Кроме того, обеспечив эффективнораспределение тепла по всей подложке нужно еще позаботиться об удалении тепла от самой подложки.
При разработке зигзагообразных тонкопленочных резисторов целесообразно не делать острых углов, чтобы избежать перегрева вследствие чрезмерной плотности тока. Однако практически теплопроводность большинства материалов подложек достаточна для того, чтобы тепло, генерируемое в некоторой точке с локальной концентрацией тока, быстро рассеивалось и не представляло такой серьезной опасности, как можно было бы предположить.