Пирогова Е.В.- Проектирование и технология печатных плат (1072331), страница 97
Текст из файла (страница 97)
Определение коэффициентансрелячнпри:,уды;:. «,„ь вЯ '.Г1 Коэффициент передачи при ударе для палусинусоидального импульса Ку з соз соз Ж56» а 628,319 2Я 2я 287;408 где ч — коэффициент расстройки; Д = 287,408 Гц — частота собственных колебаний (берется из расчета на вибрационные воздействия,'см. Приложение 5). 3. Определение ударного ускорения. Ударное ускорение рассчитывается по следующей формуле: а„=аК = 100 0,156= 156 м/ос, где а — амплитуда ускорения ударного импульса.
Выразим ударное ускорение в единицах 8: а„= 15,98. 4. Определение максимального относительного перемещения. Максимальное относительное перемещение г =ʄ—, =0,156. а 100 г =4'784 10 м. (Жо) . (2я . 287,408)' 5. Проверка ващолнения условий ударопрочнаети. 5.1. Для ЭРИ.
Минимально допустимая ударная перегрузка для ЭРИ (см. табл. П.5.1 Приложения 5) а„„= 208, а „= 208 > а„= 15,98. Следовательно, условие ударопрочности выполняется. 5.2. Для ПП с ЭРИ:. Условие ударопройзости. 1, <О,ООЗЬ. В нашем случае (см. расчет на вибрационные воздейсгаия, Приложение 5) =4,784 ° 10'м<О,ООЗЬ=6,6.10 и. Следовательно, условие ударопрочности выполняется.
Вьагед: ударное ускорение и максимальное относительное перемещение меньше допустимых для ЭРИ и ячейки, таким образом, удовлепюряется требование ТЗ на воздействие удара. Следовательно, дополнительных конструкционных мер защиты от ударных воздействий не требуется. 519 П.У. Расчет теплового режима Одним из важнейших факторов, определяющих эксплуатационную надежность ЭА, является тепловой режим, обеспечение которого связано с выбором таких конструкций блока, ячейки и ПП, которые бы не препятствовали, а способствовали рассеиванию теплоты в окружающую среду. Это особенно актуально в связи с постоянным ростом функционалыюй, конструктивной сложности, тепловыделения ЭРИ, отношения выделяемой тепловой энергии к рассеиваемой в окружающее пространство и повышения температуры внутри ЭА, которое способствует увеличению интенсивности отказов ЭРИ за счет превышения допустимого нагрева ЭРИ.
Для электронной аппаратуры наиболее жестким является стационарный тепловой режим, при котором температура и перегрев имеют максимальные значения. Поэтому целью теплового расчета является определение температур нагретой зоны и температуры наиболее критичного элемента, т. е. ЭРИ, допустимая положительная температура.коплюго имеет наименьшее значение среди всех ЭРИ, образующих нагретую зону. Тепловой расчет провацят обычно на уровне блока, в который может входить несколько ячеек, что значительно усложняет и без того громоздкий расчет. Поэтому рассмотрим пример расчета стационарного теплового режима блока при естественной конвекции с целым рядом упрощений, например, что в блоке размещена одна ячейка; вид охлаждения — естественная конвекция и др.
Пример расчете стационарного теплового ренонае блока лрн естественной нонаенцнн Расчет теплового режима блока условно можно разделить на три этапа 1141: 1) определение температуры корпуса блока; 2) определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны; 3) определение температуры поверхности корпуса ЭРИ. Будем считать, что в результате проведенных тепловых расчетов 1- и 2-го этапов определены: ° дг„, = 1,797 'С вЂ” перегрев корпуса блока во втрром приближении относительно окружающей среды (из расчета 1гро этапа); ° ог„= 3,884 'С вЂ” нагрев нагретой зоны во втором приближении относительно окружающей средьг (из расчета 2-го этапа).
Зтап 3. Расчет температуры поверхности ЭРИ Рассмотрим пример теплового расчета для ячейки, приведенной на рис. 7.4. Определение температуры корпуса микросхемы ттсходпыа данные: материал ПП вЂ” стеклотекстолит. Расположение ЭРИ на ПП вЂ” одностороннее. Х„= 0,24 Вт/(м К) — теплопроводность материала основания ПП. с, = 19,5 мм; с, 7,5 мм — размеры корпуса ИМС; /с,— коэффициент теплоотдачи от корпусов микросхем, й, = 30 Вт/(м'. К); 8 .— зазор межпу микросхемой и ПП, ба = 1 мм; Я„с, — мощность, рассеиваемая ) -й микросхемой (в нашем случае для всех ИМС одинаковая и равна 0,004 Вт).
Толщина ПП л„1,5. 10 в и. ог„, = 1,797 С вЂ” перегрев корпуса блока во втором приближении отиЬ- сительно окружающей среды (из расчета 1-го этапа); ЛГ„= 3,884 С вЂ” на- грев нагретой зоны во втором приближении относительно окружающей среды (из расчета 2-го этапа); г, = 45 'С вЂ” температура окружающей среды. и" и л Температура корпуса ИМС определяется в такой последовательности. 1.
Определяют эквивалентный коэффициент теплопроводности модуля, в котором расположена микросхема. Для нашего случая, когда отсутствуют теплопроводные шины для установки ИМС )с =Х„=0,24 Вт/(м К), где А„— теплопроводность материала основания ПП. 2. Определяют эквивалентный радиус корпуса микросхем: ф. дл т2г4 я ,0195 0,0075 в = б,823 10 в м. ' Здесь Я,ис — - с, с, — площадь основания микросхемы (с, = 19,5 мм; с, = = 7,5 мм — размеры корпуса). 3. Рассчитывают коэффициент распространения теплового потока (а, + ав) т= 1 йия )" ввв т = = 217,307, 17 0,0015 0,24 ~де а, и а, — коэффициенты теплообмена с 1- и 2-й стороной ПП; для естественного теплообмена а, + а, = 17 Вт/(м~ .
К); 8„„— толщина ПП. 4. Определяют искомый перегрев поверхности корпуса микросхемы для ИМС, находящейся в середине ПП и поэтому работающей в наихудшем тепловом режиме (лля Д)г)): а~ис = а~в+ а.(Рис — А. ис) + Ь.ля' В+ива а„~КАтл) КариФ ) Ко(ии)) К (ив~) Поскольку для нашего примера Л(= 2, следовательно, пад знаком Х находятся два слагаемых и последнюю формулу можно представить в виде четырех. слагаемых: лгисди = дгв+ г1дэ+ гадж + !щи~ где В и М вЂ” условные величины, введенные для упрощения формы записи, при одностороннем расположении корпусов микросхем на ПП, 8 8,5пФ Вт/(м К), М= 2; К вЂ” эмпирический коэффициент: для корпусов микросхем, центр которых отстоит от юнцов ПП на расстоянии менее ЗЯ, й = 1,14; для корпусов микросхем, центр которых отстоит; от концов ПП на расстоянии более ЗЯ, !! = 1; Й, — коэффициент теплоотдачи от корпусов микросхем 1,=30 Вт/(м' К); Лис — плошадь поверхности корпуса микросхемы; Л~ — число ю'-х корпусов микросхем, расположенный вокруг корпуса рассчитываемой микросхемы на расстоянии не более г, = 1О/т, 0 = 10/217,3 = 0,046 м.
Для нашей ячейки число корпусов микросхем, расположенных на данном расстоянии от микросхемы ДД4 Л~ = 2. Это микросхемы ДД5 и ДДЬ. Для дальнейших расчетов определим площадь корпусов, основания и радиусы микросхем Дд4, ДД5 и Д !Б. Микросхема ДД4 — корпус 20! !6-6 (19,5 х 7,5 и 5 мм): Яисд,и = 562,5 мм', Яисдда = б 823 ° 10 ' м; Микросхема ДЦ5, в корпусе 401. 14-15 (6,7 х 10 и 1,97 мм), находящаяся на расстоянии гдд, = 0,02 мм от ДД4: Яисд,в=199,8мм'; Яисдд~=4.62 '!!)'м; Микросхема Д46, в корпусе 402 16-32 (9,3 х П,5 х 2,5 мм), находящаяся на расстоянии г „= 0,04 мм: Яисди= 317,9 мм', Кисддб= 5 84 1О ' м; Я „„=!06,95 мм'. К, и ~ — модифицированные функции Бесселя (см.
справочные данные): для ДД4: К,(тК) = К;(217,3 . 0,006823) = 0,284; К(тЯ) = )Ц>(217,3 0,006823) = 0,2!9; для ДД5: Ц(тг) = К~(217,3 . 0,002) = )~(4,3) = 0,0079; ио(тЯ) = К,(217,3 0,00462) = Ц(0,999) = 0,421; К(тК) = К(217,3 0,00462) = К(0,999) = 0,60; для Д)26: Ц(тг) ' Л'(217,3 . 0,04)'= Ц(0,869) = 0;52„ К(тК) = 430(217,3 0,00584) = К (1,269) = 0,295; К(т35) = К(217,3 0,00584) = К(1,269) = 0,39; Среднеобъемный перегрев воздуха в блоке дг 6(„ю + 61, В 2 где ог = 1,797 'С вЂ” перегрев корпуса блока во втором приближении отно- сительно окружающей среды; Ы, = 3,884 'С вЂ” нагрев нагретой зоны во втором приближении отно- сительно окружающей среды.
Тогда 1,797 + 3,884 65 = 2,841 *С. Мощность, рассеиваемая 1-й микросхемой (в нашем случае для всех одинаковая), равна Цис, = 0,004 Вт. Зазор между микросхемой и ПП равен Ь„= 1 мм; Х, — теплопроводность сухого воздуха в зазоре при Т= 45 С (2,=2,7 10'). Ь~юц 2,841+ Ы4 30 10,0005625 — 0,00014625)+ 85ю0006823~+ ЪИ3006823 024 Ц0015 217.307— <рю 004 Кю(217307 002) К (217307 4;62 1О 3) 4443— 462 1О' 3 858(462 ° 10 ')'+20462 ° !О' ° (124 00015 217307 Ко(217307'462 10 ~)1 ((004 Кю(217307'004) Кю(217,307 ~84 1О-') 1 ° 104 1 12,7 1040(584.
1О ')' 30(317,9 1О: 4 — 10695 104) ююБМ:1ю1'+2юю ю ц24 9915 ю|дю~о' ~1 к ю7ю7 ю4.ю 1' К (217,307 ~84 1О ~Ц! (,дд, = 6,898 10~; гцдд5 = 1,709 ° 10 ', г,д06 = 2,748 10 '. Подставляя численные значения в формулу, получаем 65исдд4=2855 С. Таким образом, перегрев поверхности корпуса микросхемы ДЖ составил агисдн = 2*855 С.
5. Определяют температуру поверхности корпуса ми~росхемыз Рассчитанная температура перегрева удовлетворяет условиям эксплуатации микросхемы: г„, = 45 + 2,855 = 47,855 'С. Из справочных данных допустимая температура для данной микросхемы составляет О...+70 'С, т. е. дополнительной системы охлаждения не требуется. Фйаамале. П.в. Расчет надежности ФУ на ПП' При проектировании ЭА стремятся создать конструкцию, удовлетворяющую оптимальным соотношениям между заданныь(и техническими характеристиками изделия, надежностью в заданных условиях эксплуатации и технологичностью конструкции. На этапе эскизного проектирования проводятся ориентировочные расчеты, учитывающие влияние на надежность только количества и типов применяемых ЭРИ.
На этапе технического проекта расчеты проволятся на уровне ячейки с учетом реальных электрических и тепловых режимов работы. Расчет надежности заключается в определении показателей надежности ЭА по известным характеристикам надежности составляющих компонентов (ЭРИ, ПП, ивяные соединения, соединитель) и условиям эксплуатации. Выполним расчет по внезапным отказам. Расчет всего блока представляет собой объемную задачу вследствие большого числа входящих в него компонентов. При разработке блока на отдельные ячейки, входящие в его состав, даются собственные требования по надежности. Совокупность этих требований дают общую надежность блока.
Поэтому будет выполнен расчет одной из ячеек, входящих в блок. Расчет ведем для ячейки, представленной на рис. 7.4. Исходные данные: Т, = 10 000 ч — заданная наработка на отказ. Система является нерезервированной. Интенсивность отказа элементов с учетом условий эксплуатации ЭА [14] Х, =Х,Ка,.(Т,К„), где Хы — номинальная интенсивность отказов; й„= Щ/сф„— поправочный коэффициент на условия эксплуатации; /с, и к2 — поправочные коэффициенты в зависимости от воздействия механических факторов, /с, = 1,0; /с, = 1,0 (условия эксплуатации — лабораторная ЭА); й, — поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры, /с, = 2 (для влажности 93 % при температуре +25 'С); й4 — поправочный коэффициент в зависимости от давления вощ~ха, /с4-— 1 (нормальное давление).
' Тогда /с„= 1,О 1,0 2 1 = 2, Влияние температуры при расчете надежности учитывают, используя коэффициенты электрической натрузки Й„и температуру блока, получен- ную в результате теплового расчета. а,(Т, й„) — поправочный коэффициент в зависимости от температуры Т и коэффициента нагрузки /с„. Определяется по графикам [14[.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
