ИДЗ 5 ТМиЭЭТ
.docxСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет
кафедра ФЭТ
Дисциплина
«Технология материалов и элементов электронной техники»
Расчет по заданию №5
Выполнил студент группы 5207
Иванов А.Д.
Преподаватель:
профессор Шаповалов В.И.
Санкт - Петербург
2018 г.
Цель работы: исследовать зависимость температуры медной пленки от плотности мощности излучения лазера в моноимпульсном режиме.
Теоретическая часть
В этой задаче образец представляет собой двухслойную структуру: пленка расположена на подложке (рис. 2.30). Оба эти элемента обычно изготовлены из разных материалов и имеют отличающиеся параметры, указание на рис. 2.30, где индекс 1 присвоен пленке, индекс 2 – подложке. Поток излучения, взаимодействуя с образцом, может частично попасть на границу раздела пленка-подложка. Часть потока поглотится пленкой, а часть отразится от ее поверхности.
Особенности нагрева пленок излучением лазера станут очевидными, если оценить толщину нагретого слоя к моменту времени t′, при котором пространственное распределение температуры в нем начинает отличаться от распределения плотности мощности в пучке. Так, для хрома t′≈2.3мс. За это время может прогреться слой пленки толщиной примерно равной 25 мкм, что значительно превышает толщину пленки. Из этого факта следует основное допущение, принятое при формулировке тепловой задачи для пленки: мощность тепловыделения в пленке постоянна в течение действия импульса и не зависит от координаты. Это означает, что допускается равномерное распределение мощности тепловыделения по толщине пленки в области диаметром 2r0 (рис. 2.30). Для упрощения этой задачи введено еще несколько допущений: тепловой контакт пленки к подложке идеален, теплофизические параметры пленки и подложки не зависят от температуры, q0= const и r0>>.
При указанных допущениях возникает тепловая задача, в которой разогрев пленки происходит за счет теплопроводности от объемного источника тепла. Подложка нагревается от поверхностного источника за счет потока тепла из пленки, т. е. так же, как и объемный образец. Эта задача приводит к системе из двух уравнений. Уравнение для пленки отличается тем, что в нем учитывается объемный источник тепла в виде ненулевой правой части:
Дано:
; ;
; ; ; ;
Построить: Т(q0),
Решение
-
Определим коэффициент температуропроводности
– не учитываем боковой теплоотвод
-
Найдем плотность мощности
-
Определим отношение объемных теплоемкостей пленки и подложки
Данная величина близка к единице, поэтому рассмотрим и адиабатический режим, и режим теплопроводности
-
Построение зависимостей
Рисунок 1 – Зависимость температуры пленки от плотности мощности
Вывод: т.к. не удовлетворяет ни одному из условий или , то нельзя однозначно сказать, какого вида решение системы:
Если подложка интенсивно отбирает тепло, то одним импульсом не удастся расплавить медную пленку, в противном случае она начнет плавиться уже при плотности мощности .