radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2020-23-3-53-61radioelectronics-439Research ArticleКВАНТОВАЯ, ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ, ПЛАЗМЕННАЯ И ВАКУУМНАЯ ЭЛЕКТРОНИКАQUANTUM, SOLID-STATE, PLASMA AND VACUUM ELECTRONICSИсследование распространения теплового потока в теплопроводящих оксидных подложках с различной теплопроводностью методом линейного источника теплаInvestigation of Heat Flux Propagation in Heat-Conducting Oxide Substrates with Different Heat Conductivity by the Linear Heat Source Methodhttps://orcid.org/0000-0002-6796-8994ВрублевскийИ. А.VrublevskyI. A.

Врублевский Игорь Альфонсович – кандидат технических наук (2001), доцент Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (БГУИР), заведующий лабораторией. Автор более 100 научных работ. Сфера научных интересов - электрохимия; физика поверхности; анодирование алюминия; пористые пленки; углеродсодержащие анодные пленки; оптические свойства; сенсоры; нанодиагностика.

ул. П. Бровки, д. 6, Минск, 220013

Igor A. Vrublevsky, Cand. Sci. (Eng.) (2001), Associate Professor, Head of the Laboratory of Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics (BSUIR).The author of more than 100 scientific publications. Area of expertise: electrochemistry; surface physics; anodizing aluminum; crystalline films; carbon-containing anode films; optical properties; sensors; nanodiagnostics. 

6 P. Brovki St., Minsk 220013

vrublevsky@bsuir.edu.byhttps://orcid.org/0000-0002-6616-4353ЧерняковаК. В.ChernyakovaK. V.

Чернякова Катерина Владимировна – кандидат физико-математических наук (2013), доцент Государственного научного института Центра физических наук и технологий, научный сотрудник. Автор 66 научных работ. Сфера научных интересов - электрохимия; физика поверхности; анодирование алюминия; пористые пленки; углеродсодержащие анодные пленки; терморегулирующие покрытия; оптические свойства.

пр. Саванорю, д. 231, Вильнюс, LT-02300

Katsiaryna V. Chernyakova, Cand. Sci. (Phys.-Math.) (2013), Associate Professor at the State Scientific Institute of the Center for Physical Sciences and Technologies, Research Fellow. The author of 66 scientific publications. Area of expertise: electrochemistry, surface  physics; aluminum anodizing; porous films; carbon-containing anode films; temperature-controlled coatings; optical properties.

231 Savanoru Ave., Vilnius LT-02300

katerinach_85@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4181-6669МуратоваЕ. Н.MuratovaE. N.

Муратова Екатерина Николаевна – кандидат технических наук (2015), ассистент кафедры микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор 39 научных работ. Сфера научных интересов - электрохимическое анодирование; пористые наноматериалы; мембраны; наночастицы; оптические свойства; нанодиагностика; ионно-пучковые нанотехнологии.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376

Ekaterina N. Muratova, Cand. Sci. (Eng.) (2015), Assistant Professor of the Department of Micro and Nanoelectronics of the Saint Petersburg Electrotechnical University. The author of 39 scientific publications. Area of expertise: electrochemical anodization; porous nanomaterials; membranes; nanoparticles; optical properties; nanodiagnostics; ion-beam nanotechnologies.

5 Professors Popov St., St Petersburg 197376

sokolovaeknik@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8224-1697ЛушпаН. В.LushpaN. V.

Лушпа Никита Васильевич ‒ магистр техники и технологии по направлению "Нанотехнологии и наноматериалы (в электронике)" (2019), младший научный сотрудник Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. Автор девяти научных публикаций. Сфера научных интересов - цифровая обработка изображений нанообъектов; тепловые измерения; анодирование алюминия; пористые пленки.

ул. П. Бровки, д. 6, Минск, 220013

Nikita V. Lushpa, Master’s Degree in Engineering and Technology in "Nanotechnology and Nanomaterials (in Electronics)" (2019), Junior Researcher of Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics. The author of 9 scientific publications. Area of expertise: digital image processing of nano-objects; thermal measurements; anodizing of aluminum; porous films.

6 P. Brovki St., Minsk 220013

lushpa@bsuir.byУчреждение образования "Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники"БеларусьBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsBelarusГосударственный научный институт Центр физических наук и технологийЛитваCenter for Physical Science and TechnologyLithuaniaСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical UniversityRussian Federation2020210720202335361Copyright © Врублевский И.А., Чернякова К.В., Муратова Е.Н., Лушпа Н.В., 20202020Врублевский И.А., Чернякова К.В., Муратова Е.Н., Лушпа Н.В.Vrublevsky I.A., Chernyakova K.V., Muratova E.N., Lushpa N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/439

Введение. Для контролируемого управления тепловыми процессами устройств силовой электроники важной задачей является повышение эффективности отвода тепла от активных компонентов. Цель работы. Представление нового подхода к размещению линейного источника тепла контактного типа на поверхности тонких образцов с целью исследования особенностей распространения тепловых потоков в оксидных подложках из материалов с различной теплопроводностью. Методы. Представлены результаты исследований особенностей распространения тепловых потоков в оксидных подложках с различной теплопроводностью (ситалл и поликор). Для генерации теплового потока использовался линейный источник тепла, в качестве которого применялась электропроводящая углеродная нить. Результаты. Получены термограммы и профили распределения температуры в различные промежутки времени нагрева на поверхности подложки с элементом нагрева и на ее обратной стороне. Показано, что размещение линейного источника тепла на основе электропроводящей углеродной нити на поверхности исследуемых образцов и мониторинг во времени термограмм с двух противоположных поверхностей позволяют получить данные для оценки эффективности тепловых свойств оксидных подложек. Распространение теплового потока в однородном материале вблизи места генерации имеет вид конуса тепловой трубы с основанием на поверхности с источником тепла. Тепловой конус для керамики имеет больший угол наклона, чем в случае ситалла. Заключение. Полученные результаты позволили предложить способ снижения теплового сопротивления теплопроводящей подложки за счет создания условий для увеличения площади теплопроводящего сечения.

Introduction. For controlled thermal management of power electronics devices, an important task is to increase the efficiency of heat removal from active components. Aim. To introduce a new approach to placing a linear contact-type heat source on the surface of thin samples in order to study the features of propagation of heat fluxes in oxide substrates from materials with different thermal conductivities. Methods and materials. The paper presents the results of studies of the propagation of heat fluxes in oxide substrates with different thermal conductivity (glassceramic and aluminum oxide ceramic - polycor). To generate the heat flux, a linear heat source was used, for which an electrically conductive carbon fiber was applied. Results. Thermograms and temperature distribution profiles were obtained at different periods of heating time on the surface of the substrate with a heating element and on its reverse side. It was shown that the placement of the linear heat source, implemented using an electrically conductive carbon filament, on the surface of the studied samples and time monitoring of thermograms from two opposite surfaces of the samples allowed to obtain data for evaluating the thermal properties of oxide substrates. The distribution of the heat flux in a homogeneous material near the generation point had the form of a cone of a heat pipe with a base on the surface with a heat source. The thermal cone for an aluminum oxide ceramic substrate had a larger angle of inclination than that in the case of glassceramic. Conclusion. The results obtained allowed to propose a method for reduction of thermal resistance of a heatconducting substrate by creating conditions for increasing the area of heat-conducting section.

оксидная керамикаполикорситаллтепловой потоктеплопроводностьтермограммылинейный источник теплаoxide ceramicsaluminum oxide ceramicglassceramicheat fluxthermal conductivitythermogramslinear heat sourceРабота выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации МК-2268.2020.8 и проекта БРФФИ № Ф19В-010.This work was supported by a grant from the President of the Russian Federation MK-2268.2020.8 and the project BRFFR No. F19V-010.ReferencesYeh L. T. Review of Heat Transfer Technologies in Electronic Equipment // J. Electron. Packag. 1995. Vol. 117, iss. 4. P. 333‒339. doi: 10.1115/1.2792113Yeh L. T. Review of Heat Transfer Technologies in Electronic Equipment. J. Electron. Packag. 1995, vol. 117, iss. 4, pp. 333‒339. doi: 10.1115/1.2792113Heat Transfer in Electronic Packages. Microelectronics Packaging Handbook / R. E. Simons, V. W. Antonetti, W. Nakayama, S. Oktay. Boston: Springer, 1997. P. 314‒403. doi: 10.1007/978-1-4615-4086-1_4Simons R. E., An-tonetti V. W., Nakayama W., Oktay S. Heat Transfer in Electronic Packages. Microelectronics Packaging Handbook. Boston, Springer, 1997, pp. 314‒403. doi: 10.1007/978-1-4615-4086-1_4Schelling P. K., Shi Li, Kenneth E. G. Managing heat for electronics // Materials Today. 2005. Vol. 8, iss. 6. P. 30‒35. doi: 10.1016/S1369-7021(05)70935-4Schelling P. K., Shi Li, Kenneth E. G. Managing heat for electronics // Materials Today, 2005, vol. 8, iss. 6, pp. 30‒35. doi: 10.1016/S1369-7021(05)70935-4Гриднев В. Н., Миронова Ж. А., Шахнов В. А. Обеспечение качества компоновки монтажных контактных площадок высокоплотной коммутационной платы // Надежность и качество сложных систем. 2014. Т. 4, № 8. С. 19‒25.Gridnev V. N., Mironova Zh. A., Shakhnov V. A. Ensuring quality of configuration of assembly contact sites of the high density switching payment. J. Reliability and quality of complex systems. 2014, vol. 4, no. 8, pp. 19‒25. (In Russ.)Семенцов С. Г., Гриднев В. Н., Сергеева Н. А. Тепловизионные методы оценки влияния температурных режимов на надежность электронной аппаратуры // Вестн. МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2016. № 1. C. 3‒14. doi: 10.18698/0236-3933-2016-1-3-14Sementsov S. G., Gridnev V. N., Sergeeva N. A. Infrared thermography methods of assessing temperature effect on reliability of electronic equipment. Bulletin of the Bauman Moscow State Technical University. Instrumentation series. 2016, no. 1, pp. 3‒14. doi: 10.18698/0236-3933-2016-1-3-14/ (In Russ.)Исследование распространения тепла в плате из алюминия с нанопористым анодным оксидом алюминия тепловизионным методом / Х. Т. Динь, Н. В. Лушпа, Е. В. Чернякова, И. А. Врублевский // Докл. БГУИР. 2019. № 1. C. 119.Dinh H. T., Lushpa N. V., Chernyakova K. V., Vrublevsky I. A. Study of distribution of thermal fluxes in a plate of aluminum with nanoporous aluminum oxide by means of thermal imaging measurements. Rep. Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics. 2019, no. 1, pp. 119. (In Russ.)Симин А., Холодняк Д., Вендик И. Многослойные интегральные схемы сверхвысоких частот на основе керамики с низкой температурой отжига // Компоненты и технологии. 2005. № 5. С. 190‒196.Simin A., Kholodnyak D., Vendik I. Multilayer integrated circuits of ultrahigh frequencies based on ceramics with low annealing temperature. Components and technologies. 2005, no. 5, pp. 190‒196. (In Russ.)Теплопроводящие платы на основе алюминия с наноструктурированным слоем Al2O3 для изделий силовой электроники / Е. Н. Муратова, В. А. Мошников, В. В. Лучинин, А. А. Бобков, И. А. Врублевский, К. В. Чернякова, Е. И. Теруков // Журн. техн. физики. 2018. Т. 88, вып. 11. С. 1678. doi: 10.21883/JTF.2018.11.46629.2480Muratova E. N., Moshnikov V. A., Luchinin V. V., Bobkov A. A., Vrublevsky I. A., Chernyakova K. V., Terukov E. I. Heat-conducting aluminum-based boards with a nanostructured layer of Al2O3 for power products electronics. Journal of Technical Physics. 2018, vol. 88, iss. 11, pp. 1678. doi: 10.21883/JTF.2018.11.46629.2480 (In Russ.)Investigation of the efficiency of the heat dissipation for the heat-conducting circuit boards made of aluminum with the nanoporous alumina layer / S. Andreev, K. Chemyakova, B. Tzaneva, V. Videkov, I. Vrublevsky// 40th Intern. Spring Seminar on Electronics Technology (ISSE). Sofia, Bulgaria, 10‒14 May 2017. Piscataway: IEEE, 2017. P. 1‒6. doi: 10.1109/ISSE.2017.8000899Andreev S., Chemyakova K., Tzaneva B., Videkov V., Vrublevsky I. Investigation of the efficiency of the heat dissipa-tion for the heat-conducting circuit boards made of alu-minum with the nanoporous alumina layer. 40th Intern. Spring Seminar on Electronics Technology (ISSE). Sofia, Bulgaria, 10‒14 May 2017, Piscataway, IEEE, 2017, pp. 1‒6. doi: 10.1109/ISSE.2017.8000899Research on modeling of heat source for electron beam welding fusion-solidification zone/ Ya. Wang, P. Fu, Yo. Guan, Zh. Lu, Yi. Wei // Chinese J. of Aeronautics. 2013. Vol. 26, iss. 1. P. 217‒223. doi: 10.1016/j.cja.2012.12.023Wang Ya., Fu P., Guan Yo., Lu Zh., Wei Yi. Research on modeling of heat source for electron beam welding fusion-solidification zone. Chinese J. of Aeronautics. 2013, vol. 26, iss. 1, pp. 217‒223. doi: 10.1016/j.cja.2012. 12.023Applying infrared thermography to study the heating of 2024-T3 aluminiumspecimens under fatigue loading / M. Pastor, X. Balandraud, M. Grèdiac, J. Robert //Infrared Phys. Technol. 2008. Vol. 51, iss. 6. P. 505‒515. doi: 10.1016/j.infrared.2008.01.001Pastor M., Balandraud X., Grèdiac M., Robert J. Applying infrared thermography to study the heating of 2024-T3 aluminium specimens under fatigue loading. Infrared Phys. Technol. 2008, vol. 51, iss. 6, pp. 505‒515. doi: 10.1016/j.infrared.2008.01.001Диагностика теплофизических свойств и контроль качества изделий из высокотеплопроводных материалов / В. В. Герасютенко, В. А. Кораблев, Д. А. Минкин, А. В. Шарков // Науч.-техн. вестн. информац. технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19, № 1. C. 82‒86.Gerasyutenko V. V., Korablev V. A., Minkin D. A., Sharkov A. V. Diagnostics of thermophysical properties and quality control for devices made of high thermal conductivity materials. Scientific and technical Bulletin of information technologies, mechanics and optics. 2019, vol. 19, no. 1, pp. 82‒86. (In Russ.)Корольков А. П., Ульяновский А. А., Печенова Н. Н. Тепловизионная диагностика микроэлектронных компонентов // Вестн. Санкт-Петерб. ун-та Государственной противопожарной службы МЧС России. 2014. Т. 4. С. 8‒12.Korolkov A. P., Ulyanovskiy A. A., Pechenova N. N. Thermal imaging diagnostics of microelectronic components. Bull. Saint Petersburg University of State Fire Service of Emercom of Russia. 2014, vol. 4, pp. 8‒12. (In Russ.)Infrared thermography for temperature measurement and non-destructive testing / R. Usamentiaga, P. Venegas, J. Guerediaga, L. Vega, J. Molleda, F. G. Bulnes// Sensors (Basel). 2014. Vol. 14, iss. 7. P. 12305‒12348. doi: 10.3390/s140712305Usamentiaga R., Venegas P., Guerediaga J., Vega L., Molleda J., Bulnes F. G. Infrared thermography for temperature meas-urement and non-destructive testing. Sensors (Basel). 2014, vol. 14, iss. 7, pp. 12305‒12348. doi: 10.3390/s140712305Improvement of the thermal characteristics of the electric heater in the architecture with aluminum, nanoporous alumina and resistive component of carbon fiber/ I. Vrublevsky, K. Chernyakova, V. Videkov, A. Tuchkovsky // Nanoscience & Nanotechnology. 2016. № 1. P. 1‒2. doi: 10.1016/B978-1-4557-3195-4.00001-1Vrublevsky I., Chernyakova K., Videkov V., Tuchkovsky A. Improvement of the thermal characteristics of the electric heater in the architecture with aluminum, nanoporous alumina and resistive component of carbon fiber. Nanoscience & Nanotechnology. 2016, no. 1, pp. 1‒2. doi: 10.1016/B978-1-4557-3195-4.00001-1Kim H. T. High Thermal Conductivity Ceramics and Their Composites for Thermal Management of Integrated Electronic Packaging // Book Chapter. 27 Jun 2018. Heat Transfer  Models, Methods and Applications. doi: 10.5772/intechopen.75798Kim H. T. High Thermal Conductivity Ceramics and Their Composites for Thermal Management of Integrated Electronic Packaging. doi: 10.5772/intechopen.75798Effect of alumina concentration on thermal and structural properties of mas glass and glass-ceramics / M. Goswami, A. Sarkar, B. I. Sharma, V. K. Shrikhande, G. P. Kothiyal // J. Therm Anal Calorim. 2004. Vol. 78, iss. 3. P. 699‒705. doi: 10.1007/s10973-005-0435-0Goswami M., Sarkar A., Sharma B. I., Shrikhande V. K., Kothiyal G. P. Effect of alumina concentration on thermal and structural properties of mas glass and glass-ceramics. J. Therm Anal Calorim. 2004, vol. 78, iss. 3, pp. 699‒705. doi: 10.1007/s10973-005-0435-0Chang Z.D., Ma Z. Effect of Anisotropic Conductive Properties on Heat Transfer and Temperature Distribution of Coatings and Substrates // Key Engineering Materials 2012. Vol. 512–515. Р. 1045–1050. doi: 10.4028/www.scientific.net/kem.512-515.1045Chang Z.D., Ma Z. Effect of Anisotropic Conductive Properties on Heat Transfer and Temperature Distribution of Coatings and Substrates. Key Engineering Materials 2012, vol. 512–515. pp. 1045–1050. doi: 10.4028/www.scientific.net/kem.512-515.1045James B. W., Harrison P. Analysis of the temperature distribution, heat flow and effective thermal conductivity of homogeneous composite materials with anisotropic thermal conductivity // J. of Physics D Applied Physics. 1992. Vol. 25, iss. 9. Р. 1298‒1303. doi: 10.1088/0022-3727/25/9/003James B. W., Harrison P. Analysis of the temperature distribution, heat flow and effective thermal conductivity of homogeneous composite materials with anisotropic thermal conductivity. J. of Physics D Applied Physics. 1992, vol. 25, iss. 9, pp. 1298‒1303. doi: 10.1088/0022-3727/25/9/003Kang S., Choi J. Y., Choi S. Mechanism of Heat Transfer through Porous Media of Inorganic Intumescent Coating in Cone Calorimeter Testing // Polymers. 2019. Vol. 11, iss. 2. P. 221. doi: 10.3390/polym11020221Kang S., Choi J. Y., Choi S. Mechanism of Heat Transfer through Porous Media of Inorganic Intumescent Coating in Cone Calorimeter Testing. Polymers. 2019, vol. 11, iss. 2, pp. 221. doi: 10.3390/polym11020221

The authors declare that there are no conflicts of interest present.