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  • Pregunta: Considere un circuito integrado (chip), en el que se colocan 106 componentes eléctricos los cuales disipan calor a razón de 30,000 W/m2. El chip, el cual es muy delgado, se expone a un líquido dieléctrico en su superficie exterior de tal manera que ho=1000 W/m2 K y T∞,o=20C, y está adherido a una placa en su superficie interior tal como se muestra en la

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    Considere un circuito integrado (chip), en el que se colocan 106 componentes eléctricos los cuales disipan calor a razón de 30,000 W/m2. El chip, el cual es muy delgado, se expone a un líquido dieléctrico en su superficie exterior de tal manera que ho​=1000 W/m2 K y T∞,o​=20C, y está adherido a una placa en su superficie interior tal como se muestra en la figura. La resistencia térmica de contacto entre el chip y la placa es 10−4 m2 K/W, y el espesor y la conductividad térmica de la placa son Lb​=5 mm y kb​=1 W/mK, respectivamente. La otra superficie de la placa está expuesta al aire ambiente para lo cual hi​=40 W/m2 K y T∞,i​=20C. (a) Dibuje el circuito térmico equivalente correspondiente a condiciones de estado estable considerando las variables importantes tales como resistencias, temperaturas y calores. (b) Bajo condiciones de estado estable para las cuales el calor disipado por el chip es qc​=30,000 W/m2, determine la temperatura del chip. (c) El calor máximo permitido para el chip qc,m​ está determinado por la restricción de que la temperatura del chip no debe exceder 85C. Determine qc,m​ para las condiciones anteriores con base en esta temperatura máxima permisible. (d) Si se utiliza aire en lugar del líquido dieléctrico, el coeficiente de transferencia de calor por convección se reduce en aproximadamente un orden de magnitud. Determine qc,m​ para ho​=100 W/m2K ? (e) Si se usa aire como fluido de enfriamiento, ¿se pueden lograr mejoras significativas si se usa una pasta conductora en la interfaz chip/placa para la cual Rt,c​=10−5 m2 K/W ?
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Considere un circuito integrado (chip), en el que se colocan 106 componentes eléctricos los cuales disipan calor a razón de 30,000 W/m2. El chip, el cual es muy delgado, se expone a un líquido dieléctrico en su superficie exterior de tal manera que ho​=1000 W/m2 K y T∞,o​=20C, y está adherido a una placa en su superficie interior tal como se muestra en la figura. La resistencia térmica de contacto entre el chip y la placa es 10−4 m2 K/W, y el espesor y la conductividad térmica de la placa son Lb​=5 mm y kb​=1 W/mK, respectivamente. La otra superficie de la placa está expuesta al aire ambiente para lo cual hi​=40 W/m2 K y T∞,i​=20C. (a) Dibuje el circuito térmico equivalente correspondiente a condiciones de estado estable considerando las variables importantes tales como resistencias, temperaturas y calores. (b) Bajo condiciones de estado estable para las cuales el calor disipado por el chip es qc​=30,000 W/m2, determine la temperatura del chip. (c) El calor máximo permitido para el chip qc,m​ está determinado por la restricción de que la temperatura del chip no debe exceder 85C. Determine qc,m​ para las condiciones anteriores con base en esta temperatura máxima permisible. (d) Si se utiliza aire en lugar del líquido dieléctrico, el coeficiente de transferencia de calor por convección se reduce en aproximadamente un orden de magnitud. Determine qc,m​ para ho​=100 W/m2K ? (e) Si se usa aire como fluido de enfriamiento, ¿se pueden lograr mejoras significativas si se usa una pasta conductora en la interfaz chip/placa para la cual Rt,c​=10−5 m2 K/W ?