Диссертация (1090183), страница 21

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 21)

3.21 приведена диаграмма распределения температуры вдольэлектронного модуля ЭМ1, установленного в блок (модуль ЭМ2).корпус ИМСtкорt кркристаллподложкапечатная плата модуляРис. 3.21. Диаграмма распределения температуры вдоль модуляТемпературыt вх ,t выхпривязаныквнешнимсторонамблока,t окрустановившаяся температура воздуха между модулями.Поскольку в конструкции АПЛ имеем естественную конвекцию воздуха, тоt окр определяется теплом от корпусов, установленных на печатную плату ИМС.Температура на корпусе ИМС определяется соотношением:t кор  Rк -к  Римс ,где Rк-к [град/Вт] – тепловое сопротивление «корпус-кристалл» (параметр из ТУ),Римс - средняя мощность, рассеиваемая ИМС.153В итоге образуется температурная ступенька t  t кор  t окр , выделяемую приэтом теплоту с корпуса ИМС площадью Sк по основанию можно оценить повыражению [97]:Qимс  4,2  10 4  hс  S к  t ,где hс  0,25(55t /  к )1 / 4 - коэффициент кондуктивной теплоотдачи от корпусамикросхемы,S к [см 2 ] - размеры ИМС по площади,Практически эта величина составляет несколько Вт и перепад температур tот модуля в целом, без применения специальных мер, составляет до 30О С.Указанные числовые значения недопустимы, т.к.

приводят к отказу ЭРИ.Единственнымреальнымвыходомявляетсяустановкаинтегральногорадиатора, который позволяет переносить теплоту от микросхем модуля всистему общего теплостока. При этом необходимо обеспечить (по опыту ОАО«Концерн «Моринформсистема-Агат») t  6  7 o C [98].Рассмотрим алгоритм проектирования радиатора, который предназначен дляреализации на ПЭВМ в САПР РСАD. Исходными данными этого алгоритмаявляется образмеренная топология расположения элементов на плате и параметрымеханического станка.

В результате работы необходимо получить файл дляфрезерного станки с ЧПУ, на котором изготавливается радиатор.Алгоритм данной программы представлен на рис.3.23, фотография радиатора(в качестве примера) для модуля БТ 62-401 представлена на рис. 3.22.Приведем краткую характеристику основных блоков алгоритма.Блок «Анализ конфигурационного файла» – в данном блоке разрабатываютсяисходные данные по масштабу чертежа, диаметрам отверстий, анализа таблицыпараметров инструмента и станка с ЧПУ и т.д.Блок «Настройка параметров» - несет ответственность за подготовкупараметров внутри самой программы.Блок «Выбор входного файла» - обрабатывает РСВ файл.Блок «Создание PDF-файла» - осуществляет формирование PDF- файла путем154запуска программы PDIF- out, входящей в САПР РСАD.Блок «Определение базовой точки радиатора» - выполняет функцию созданияточки начала координат, необходимой для дальнейшей «привязки» координатвырезов и отверстий в радиаторе.Блок«Определениеграницрадиатораикоординатвырезов»-функционирование данного блока заключается в автоматическом обсчетекоординат отверстий и координат вырезов, грубо прорисованных конструктором.Блок «Определение координат отверстий в радиаторе» - в данном блокеучитываются отверстия с разрешенным типом и не попадающие внутрь вырезов.Блок «Определение для каждого типа отверстия необходимого параметра» работа данного блока заключается в определении рекомендуемого диаметраотверстия с учетом выбранного метода металлизации.Блок «Коррекция значений диаметров пользователем» - функция данногоблока заключается в предоставлении таблицы соответствия номера инструментаего диаметру, в которой пользователь имеет возможность провести коррекцию.Блок «Создание текстового файла с информацией для создания радиатора» - вфайле данного блока указываются координаты границ радиаторов, координатывырезов, диаметры и координаты отверстий, а также количество отверстийкаждого типа.Блок "Создание файла для ЧПУ" – создает файл для станка с ЧПУ.Рис.

3.22 - Интегральный радиатор для модуля БТ 62 - 401 (фото)155Рис. 3.23 - Алгоритм программы по выпуску радиатора,где 1 – выход из программы для анализа156Приведенный алгоритм расчета радиатора реализован в подсистеме «Пилот»и успешно используется при проектировании электронных модулей.3.3.3 Тепловое сопротивление воздушного зазора в кондуктивнойконструкцииВ тепловой цепи для выполнения требования Заказчика по обеспечениювзаимозаменяемости реализуется принцип съемных конструкций модулей, что витоге приводит к возникновению воздушных зазоров в тепловых разъемах,поэтому автор проявил внимание к решению этой задачи.Обратимся к общим положениям калориметрии в аспекте поставленной темы.Отвод теплоты кондукцией производится в статическом режиме, т.е. припостоянном давлении и объеме, т.е. затратами теплоты на расширение веществапренебрегаем. В этом случае количество теплоты Q , передаваемое за единицувремени слоем вещества толщиной  , площадью S и при разности температур tмежду его поверхностью и окружающей средой, определяется выражением [99]:Q   m  S  t /   G  tгде  m - коэффициент теплопроводности [кал/Сс, см., °С], S[см2],  [см], t[°С], Q [кал/с], G   m  S /  – тепловая проводимость.Величина,обратнаятепловойпроводимости,называетсятепловымсопротивлением:R  1 / G   /  m  S  .Строго говоря, коэффициент  m зависит от температуры вещества t [100]: m   0  t  jt 2  ...

.Поскольку возникающая погрешность при допущении  m  f (t o ) заметноменьше погрешности расчета теплостока в целом, то значения  m принимаем законстанту (см. табл.3.6).157Таблица 3.6Теплопроводности конструктивных материаловНеметаллВоздухГетинаксРезина m , кал/[с • см •°С]0,0000630,000450,0003…0,0006Слюда0,0017Стекло0,0021Стеклотекстолитфольгированный0,043Металлический m , кал/[с • см •°С]материалТитан0,037Сталь0,10…0,14Цинк0,24Алюминий0,29…0,37и его сплавыМагнийиего0,17…0,38сплавыБронза0,54Медь0,54Воздушный зазор с перекосом в одной плоскости.Воздушный зазор в виде усеченного клина с наклоном в одной плоскостипредставлен на рис.3.24.уf(x)АсadyВ0dxbeхzРис.

3.24 - Зазор с перекосом в одной плоскостиВ этом случае (рис. 3.24) высоту  воздушного зазора обозначаем как   , т.е.формула тепловой проводимости выглядит уже как:G   mS.158Определяем тепловую проводимость элементарного участка зазора соснованием dx  b и высотой dy  f (x ) :dG dx  b m .f ( x)Используя уравнение прямой, проходящей через две точки:x  x1y  y1z  z1,x 2  x1 y 2  y1 z 2  z1получаем выражение для прямой, проходящей через точки А(0,а) и В(с,е):yx(e  a )a.cИнтегрируя проводимости элементарных участков по длине зазора от 0 до С(ось ох), получаем величину тепловой проводимости с учетом геометрии зазора:сG  0 mbdx .x (e  a )acВоздушный зазор при перекосе в двух плоскостях (рис. 3.25)Рис. 3.25 – Воздушный зазор с перекосами в двух плоскостях.Безусловно, это более общий случай в отличие от предыдущего.159Для удобства оценки тепловой проводимости воздушного зазора в данномслучае (рис.3.25) принимаем, что нижнее основание S является прямоугольникомв плоскости xy.При образовании зазора вследствие перекосов сердечников в двух плоскостяхтепловую проводимость воздушного зазора определяем путем интегрирования впространственных координатах:b cG   m 0 0dx  dy,f ( x, y )(3.5)где f ( x, y ) – уравнение плоскости.В общем виде уравнение плоскости, проходящей через три точки А (b,o,d),B(o,c,e) и C (o,o,a) имеет вид [101]:x y z 1b o d 10o с e 1o o a 1(3.6)Порядок определителя можно снизить:o d 1b d 1b о 1b о dс е 1x o e 1 y о с 1z о с e  0о а 1o a 1о о 1о о аСтоль громоздкие вычисления описания плоскости f ( x, y ) можно избежать,если воспользоваться правилом Саррюса [102].Плоскость, пересекающая ось 0x в точке x1 , ось 0y y1 и ось 0z в точке z,описывается следующим уравнением:x y z   0.x1 y1 z1Развивая этот случай до представления уравнения плоскости в отрезках поСаррюсу получим:zгде z  f ( x, y ) .eaadyx  a  0,cb(3.7)160Вычисляя интеграл (3.5) с учетом уравнения (3.7), получаем выражение длярасчета тепловой проводимости зазора при перекосе сердечников в двухплоскостях:b cdx  dyeaad0 0 yx  acb  m {(e  a  d )[ln( e  a  d )  1]  d [ln d  1]  a (ln a  1)} G   m  bc( e  a )( d  a )Учет микронеровностей на деталях теплостока, связанных с чистотойобработки,проводитсяприрасчететепловогосопротивлениявместахбеззазорного контакта металлических поверхностей.Геометрический параметр зазора, представленный какS / l  К ,приразличной размерности коэффициента К принимает разный физический смысл:К   m - это тепловая проводность,К   0 - это электрическая емкость,К  0 - это магнитная индуктивность,К   0 - это электрическая проводимость.Таким образом, предложенный подход к расчету эквивалентного значенияпараметра S / l  можно использовать и в других задачах электротехники.3.3.4 Контроль качества изготовления клинаКонтактныйтеплообменэлектронногомодулясвнешнейсредойосуществляются через направляющие стойки, в которые вставляется электронныймодуль ЭМ1 при сборке прибора и фиксируется с помощью клиньев зажима(рис.3.26), который конструктивно фиксируется по краям общего радиаторамодуля (рис.

3.27).Эта операция проводитсядля уменьшения зазора в стойках, отсюда дляулучшения теплообмена радиатора модуля с внешней средой.161При вращении винта 6 раздвигаются клинья зажима 3, 4, 5, 7. Таким образом,осуществляется контактный теплообмен между интегральным радиаторомэлектронного модуля и монолитным корпусом прибора.Процесс передачи теплоты в зоне контакта твердых тел называют контактнымтеплообменом,характеристикамиинтенсивностьсопрягаемыхкоторогоопределяетсяповерхностей,ихгеометрическимифизико-механическимисвойствами, а также величиной нагрузки, сжимающей сопрягаемые поверхностии, в конечном итоге, качеством изготовления клиньев − рис. 3.28.Рис. 3.26 – Зажим клиновой.

Характеристики

Список файлов диссертации