for_KP_RES (Учебное пособие для курсового проектирования. В.Ф. Борисов А.А. Мухин В.В. Чермошенский Ю.В. Чайка Ю.И. Борзаков В.В. Прошунин)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ московский госудАРстввнный АВИАционный институт (т0хиичВский УниВФрсит0т) ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОХИИ РВС Ут~ебнОй п0соби~й для ~~~сОй~~О прей~~©вйпий В случае размещения ИС нй плате в правильном порядке и схемой рззВодеи цепей и земли В соответствии с рис.3.5в требуемая ширина проводников питания и земли мож6т быть найдена по фОрмуле: 3.$, Расчет Ге©мегричестсих размеров ФЯ и блрасои типовая конструкция бескаркасной ФЯ блока разъемного тита на корпусных микросхемах приведена на рис. З.б. Несущим элементом конс1рукции служит печатная плата 1 с рзэмерзми 1л „, 1 у, На КОТОРОЙ РЙЗМЕЩЕНЫ КОРПУСНЫЕ МИКРОСХЕМЫ 2, ВИЛЕЭ ЭЛЕКТРИ- ческОГО соединителя 3 и металлический угольние 4 (лицевая пэнельв контрольная колодка). Как видно из рисунка, толщина ячейки Ь, = Ь, при условии, что Ь >Ь„,+Ь„гдей„„- толщина печатной платы, Ь, - высота Вилки соединителя или элемента с максимальной ВысОтОЙ.

Бели Ь ~: Ь„,+Ь, или угольник в конс1рукцни отсутствует, то Ь, =Ь„„+Ь,. 2 п„+ Зп„ п(пх + 1)1х + $у 0'01' БПЬ Где Р - МОщность, потребляемая интегральной микросхемОЙв и = п„п„- ЧИСЛО МИКРОСХЕМ Нй ПЛЭТЕ. Тзк кзк $ зависит От соотнОшения числа микросхем В строке и и столбце и„° то существует оптимальное размещение микросхем нэ плйте, минимизирующее ширину проводников питания и земли. Условие оптимуме, полученное из уравнения(61/д ) = О записывается в виде п2+1.5п~ -п~~$хйу) = О. Рис.3.5 Через целочисленное знйчение и „и Общее Число микросхем нй плйте п находят значение и„, э по формуле ~3.2) - минимальную ширину провод- НИКОВ $~~,1П . Конструкторская документация нэ печатные платы разрабатывается В соответствии с ГОСТ 2.417-78. Чертежи односторонних и двухсторонних печатных плат именуют ЧТЛЭТЙ печатная", а многослойных - 'Плата печатная многослойная. Сборочный чертеж".

Чертеж слоя многослойной печатной платы с проводящим рисунком именуют "Слой многослоВюй печатной платы". Основные требования к выполнению чертежей печатных плат изложены в 1133. Рис.3.6 Для конструкций ФЯ с печатными контактами соединителя при наличии угольника Ь„=Ь„„, при отсутствии. "Ь„=Ь, =Ь, „+Ь,„~, где Ь максимальная Высота рзднОэлемента, установленного на плэт6. в конотрукпиак ФЯ блоков кщщлото типа а авоболвык утлак щуюи монтнРУются РйспоРные втУлеи Высотой 11 ву в исключзющи6 контактиРО- Внутренней поверхности корпуса; О'з„=ИЗ» 3 - теплоВВЯ проводимость теплОпередйчи от наГретой зоны к внутренней стенке корпуса излучени ФМ» С» з л КОЭффИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕредачи ИЗЛУЧЕНИЕМ (7 ТЕПЛОВВЯ Проводн м ость контакта между нагретой зоной и устщовочными элементами.

0'~~~пХ/Г)3 - тепловая проводимость установочных элементов ЧИСЛО ЭЛЕМФНТОВ, А- КозффИЦИЕНТ ТЕНВОпрОВОДНОСти МВТЕРиалй ~ длина установОчных элементов по направлению теплового потока 3 площадь средней изотермическОЙ поверхности перпендикулярной направлению те ~Р' /ба ~)Р +3 )~2 тепловая проводимость стенок кожуха» Х кОэффициент теплопроводности материала корпуса 5~ »~ толщина стенки» 3 3 площади внутренней и наружноЙ по Верхностей корпуса' о'.. =и „3. - Тепловая проводимость от наружной поверхности корпуса к среле для кОнвектввнОЙ теплопередачи, (х „- коэффициент теплОпередачи; о'ц л = Яд 3„и " теплОВВЯ проводимость От наруж- ИОЙ стенки корпуса к среде для теплОперелачи излучением» Фл - кОэффи- ЦБВНТ ТЕПЛОПЕРЕДЙЧИ ИЗЛУЧЕНИЕМ.

Расчет показателей теплового режима блоков может быть вьшолнен мтгодом последовйтельных приближен~Й или Тепловой характеристики. В Ориентировочных расчетах для Определения теплоВОЙ проводимости О От центра на~~тоЙ зоны к Фе поверхности можно воспользовйться усредненными значениями эквивалентных коэффициентов теплопроводности нагретой зоны: Х„= А, =0.35 Вам'С), А ~).09 ВТ4 м'С ). Оси координат ОХ и ОЕ лежат в плоскости плат функциональных Ячеек„ось ОУ - перпендикулярна плоскостям плат. ДДЯ условий теплообменй в Ограниченном пространстве козффиЦИФНТ теплопередач излучением а„может быть принят равным 7 Вт/(м 'С). При малой толщине стенки (б, „=1.5...2мм) тепловым сопротивлением стенОк корпуса» ВыполненнОГО из металлических сплавов с ВысОким кОэффициентом теплопроводности, обычно пренебрегают. Однако если исполь зуетсЯ корпус из плйстмйссы, то Тепловую проводимость Стенок ~г„, необ- ХОДИМО 'ХЬ.

Для Определения конВФктиВНОГО с~„и лучевого О, коэффициентов теплопереДач В условиях неограниченного пространства (теплообмен межлу наружной стенкоЙ кожуха и Окружающей средОЙ) можно ВоспользОВйться номограммами рис.4.3 и 4.4. 46 4.12. Тепловое моделирование и расчет теплового режима блоков цифрового РЭС на микросборках. Блоки цифровых РЭС на микросборках обычно выполняются в виде конструкций книжного типа. Нагретая зона блока состоит из функциональных йчВФе нй ИВтйллОЯВсейх РВМЕВЗ, иыпОВнйюшВх ф~Щ3Щю$ ВВОуших эей ментов конструкций и кондуктивиых теплостокОВ. Процессы теплообмена мОжнО представить теплОВОЙ моделью конст'- рукций с источниками тепла, распределенными в объеме (см.

рис.4.1). Однако при Определении тепловоЙ проводимости между центром и поверхностью нагретой зоны а, в конструкции ФЯ блока (см. рис.4.1, б) свОЙстао дальнего порядка" Частично нарушается, поскольку не Все элементы конструкции имеют ОдинакоВые Геометрические формЫ не ВыпОлняется требование периодичности их размешения.

Поэтому параметры модели нагретоЙ зоны в виде однородного аиизотропного тела получают на основе выбОра в качестве элементарноЙ тепловой ячейки функциональноЙ ячейки микроблока ( система с "ближним порядком" ). Как видно из рис. 3.7 тепло по направлению Х в конструкции ФЯ и блока передается преимущественно через боковые ребра жесткости рамки А и печатную Плату В.

Другие элементы конструкции, обладаюшие относительно Высокими КОэффициентами теплопроводности Вкл|Очены последО- вательно с воздушными прослойками (Х,~.О25 ВТ4(мС)). Аналогичен механизм передачи тепла через элементы конструкцш ФЯ В направлении У.юОСНОВНЫМИ цепями переноса тепла являются верхнее С и Нижнее О реб'ра жесткости. По направлению Е тепло в пределах ФЯ передается через винты, стягиваюшие ячейки в пакет, через ребра жесткости рамки 4 и С, по которым ОсуШествляется теплОВОЙ контакт между ячейками В пакете.

Таким образом, тепловые проводимости ФЯ по направлениям осей коОрдяиат-' о,„=2Хр Б,Л „ ~ау 1~р(Брз+Бр4У1 а„=(А,„Б,„+Х, Б„„, У 1,„, ~р коэффициент теплопроводности материала рамки' Б Б, Б ~~шали поперечного сечения соответствуюших ребер жесткости рамки; р! рз - даны ребер жесткости; Х,„- коэффицаент теплопроводно,ти '"р" 'а стягшаюших Винтов' Б - суммарная плошадь поперечного Бк н плошадь тепловоГО контакта между рамками Фя 1 „- длина мппа в пределах рамки или высота римки- Тепловые проводимости наГретой зоны по направлениям Осей координат: ШО О у ГПО ~ О С ПП Где П1 - числО ф) нкциональных Ячеек В блоке.

Эквивалентные коэффициенты теплопроводности нагретой зоны по направлениям координат: Х, =о, 1„~(1„1,), Х„=о,„1„/(1„1,), Х,-а„1,К1„1„), где 1„, 1„,1,- геометрические размеры нагретой эоны по направлениям кООрдинат. Эквивалентные размеры нагретоЙ зоны для Х„~ 1~с: ~"х 1„0= 1О=1,.

Через отношения 1,Л„о и 1,/1„с по графикам рис. 42 находят коэффициент формы нагретОЙ зоиы, После чего можно определить тепловую проводимость межд~ центром и поверхностью нагретой зоны а, =41, 1„1„((С1,). 4.1.3. Тепловое моделирование и расчет теплового режима конструкций РЭС с источниками тепла, расположенными в плоскости Модель распространяется на конструкции блоков и модулей РЭС, выполненных на ОднОЙ плате, размешеннОЙ В корпусе.

Упрошенное изображение конструкции приведено на рис. 4.5, й; а тепловая схема на рис.4.5, 6. Особенностью таких конструкций является распределение истОчникОВ тепла В ОДИОЙ плОскости. Механизм теплообмена и тепловая модель В целом аналогичны конструкциям РЭС с источниками тепла, распределенными в обьеме (см. рис.4.1). ~м $Ж Рис.4.5 Однако размешение теплОВыделяюШих элементОВ в плоскости Дает возможность при Оценке теплОВОГО режима Ограничиться расчетом средне- поверхнОстноЙ температуры наГретоЙ зоны„котораЯ с небольшой пОГреш- у 1 Рц - тешювои поток 1-го элемент®~ой ПСДлОжки, Р - суммарный теп- ЛОВОЙ поток» Выделяемый элементами ~"Й микросборки ш - числО элементов нй пОдлОжке~-Й рки, и - числО микросборок. Значения Внутренних тепловых проводимостей 2 кр Окл для ' бескорпусных инте- ГРЙЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ И О транзисторов берут из тех- нических УСЛОВИЙ на эле- ) 3 менты или Определяют по тепловой схеме рис.4.8, б.