Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры (1984) (1092053), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Испытуемые модули, прошедшие накачку газовой смесью после прогрева при 70-С и загерметизированные обжатием и опайкой штенгеля, помещают в вакуумную камеру, соединенную с гелиевым теченскателем, который и регистрирует утечку гелия из корпуса. В качес1- ве регистрирующего прибора используют гелиевый масс,.":,'::-.:,; спектромстрический течеискатель ПТИ-7 или аналогичный ':";-:;;::;, ему прибор. Показания течеискателя при установлении в вакуумной камере форвакуума 8,0 — 10,7 Па ((6 —:8).!Π— 'мм рт. ст.) ;::~:,:,,::." позволяют установить суммарную течь и, мм'/с, которая характеризуется объемом газа, вытекающим за 1 с.
Прини- 1~::",'„"„" маем, что влажность газа внутри объема становится крити- ческой к тому моменту времени, когда внутри корпуса про- ~:,-''.-,.::нзойдет полная смена газовой среды окружающим возду'".-":;.';".;,,::.;:"'хом. Тогда критическое время, за которое происходит пол- -";.',',: 'иая смена газовой среды внутри объема при известной те!!!!:;~::"чи, характеризуемой скоростью натекания, будет опреде;~~!:,;,:.', Мяться формулой г„р — — У7п, '".~-".,.'!:-.'где У вЂ” объем газа внутри модуля, мм', о — скорость на- .'~!:;;"!!;'::;;";:текания, мм'/с, $%,: 'Фз! '; Принимая для модуля объем корпуса У=20 ем'=- ;:.«'',).,:„=2 10~ ммз и учитывая, что 1 год=30 1ба с, находим (в :,~:;-.":,',-, годах) 6,6 = — ° 10 ', О '!;"ф!-- 'Локальная герметизация.
Локальная герметизация име- ;~1:-,,;:" ет преимушество перед общей в том, что не требует общего :;.,~~~!-,,дорогого корпуса и рассчитана на применение стандартных :;,:-', Вегерметичных многоконтактных электрических соедините- ,~~,'„;,::,;:,'лей, используемых в печатных узлах. Конструкция ннте- :~~!;:~".,'-'.:-,гральной платы при локальной герметизации рассчитана ~ф~",.-„',"'.::-';::на.нанайку со стороны СУ коробчатых металлических крыШск (одной или нескольких), закрывающих группы навесных элементов (см.
рис. 4-1). Пайку производят по пери:;Метру крышки между краем отбортовки крышки и метал- Рис. 4-1о. Сечение герметнаярушщего пояска для локальной герметизации ! — изоляционный слой: 3 — печатный проволник. аыкы1ящий из терметнзированното саъемаз 3 — утолщив. ный нзочяцноиный слой или керемеческая рамка; Е слой металлизеции пои пайку; 3 — паяиый шов; 6— крышка лизированным пояском герметизации, нанесенным на ИП поверх защитного слоя (рис. 4-15).
При необходимости крышка может быть отпаяна и напаяна несколько раз при использовании легкоплавкого припоя. Печатные проводники выходят из зоны, закрытой герметизирующей крышкой, под пояском герметизации, В открытой зоне проводники соединяются с остальным печатным рисунком. Локальная герметизация, защищая отдельные участки, оставляет часть плогцади открытой, так как предполагается, что толстопленочные печатные элементы, покрытые снаружи защитным слоем стеклоэмали, могут использоваться вне герметичного корпуса.
В тех редких случаях, когда требуется закрьпь всю поверхность ГИП, применяют одну герметизирующую крышку, закрывающую почти всю поверхность, кроме двух. зон с контактами, расположенными вдоль длинных сторон. Оставаясь по конструктивным признакам локальной, такая гермстизация, по существу, уже выполняет функции общей герметизации.
Таким образом, защита ГИМ от воздействия влаги при большом числе (несколько десятков) внешних выводов по конструктивному оформлению в целом обеспечивается локальной герметизацией при общем негерметичном корпусе, аналогичном корпусам, применяемым для электронных модулей. 4-4. ОТВОД ТЕПЛА В ГИМ ПРИ МАЛОЙ И ПОВЫШЕННОЙ ТЕПЛОНАГРУЖЕННОСТИ Миниатюризация неизбежно ведет к усложнению проблемы отвода тепла. Первичным источником тепла в РЭА являются ИС, расположенные внутри модулей.
Хотя каждая ИС может быть малым источником тепла, в сумме теплонагруженность стойки или шкафа достигает 5 кВт/мй для РЭА 3-го поколения и 50 кВт/ма для РЭА 4-го и 5-го поколения. Прн любой теплонагруженностн температура кристалла ИС не должна быть выше 70'С, так как температу- 4ра :~';:::Г ра кристалла во время работы ГИМ прямо влияет на ин- ~~' - тенсивность отказов ГИМ (рис. 4-16). Важным условием является исключение отдельных перегретых точек, которые при общей благоприятной картине теплового поля могут вызвать выход ГИМ из строя, если приходящийся на перегретую точку кристалл окажется в повышенном температурном режиме.
Общая задача охлаждения РЭА разделяется па две: обеспечение отвода тепла от ГИМ и других частей низших структурных уровней на несущую конструкцию и в тепло- носитель; обеспечение массопереноса теплоносителя и свя* !:"":; ванной с этим теплопередачи на высших структурных уровнях РЭЛ. Вторая задача рассматривается в третьем разделе книги (глава 6), посвященном конструированию частей РЭЛ высших структурных уровней. Первая задача зависит от теплонагруженности и в свою очередь распадается на ;,:;"-',::;, два варианта: малой и повышенной теплонагруженности в .одном случае и высокой теплонагруженности — в другом.
Конструктивное обеспечение отвода тепла внутри ГИМ и от ГИМ при малой и повышенной теплонагруженности, ";,"," рассматриваемое в данном параграфе, включает в себя два основных вопроса; 1) теплопроводный тракт от ИС к бесконечному радиатору; 2) воздушно-конвективное охлажде„.!:.:., ние ГИМ. Теплопроводный тракт от ИС к бесконечному радиато: ":" ру. Теплопередача значительной части теплового потока от ИС, расположенных внутри ГИМ, наружу, к несущей конструкции блока осуществляется по механизму теплопро';..„,-",- водности по неоднородной цепи теплопроводного тракта.
Теплофизические параметры материалов приведены в табл. 4-6. Масса несущей конструкции РЭЛ при этом принимается за бесконечный радиатор, ':;-;,:",, температура которого за .~",,~!": время эксплуатации не по- ~~~~.,'- вышается". Это справедливо ",;~~; при малой теплонагружен."х;.'',";.;: ности стойки (шкафа), не .:."'3'.:;. превыша ющсй 2,5 к Вт/мз, (.'-;,'.!~!!,: Рис. 4-!6. Кривые безотказности П4М при различной температуре т тес На а5 ° а, Бхеи т тес ясна ее 'с 'яс адата~а,ммс т Йо.понятио чземля» в электрических цепях, потенциал яоторои псизМенен. Теплоемкость такого радиатора принимается бесконечной. 'Ц;;-690 193 Температурныа «отатунПнент рос жнрення ткрх !ОТ к — ' Удельнея Плоте жть, ность, : г'ем" дж!(нг К) Тепло- проеодность, Втдм К! Метернел Серебро Медь Керамика бериллиеиая Алюминиевые сплавы ГраФнт Латунь Кремний Индий Прнпои ПОС Керамика вакуумплотнаи Сплавы прецизионные (типа 34НК, ковар) Стали нержавеющие Клей теплопроводиый Клей зпоксидный Фторлон Пеиополнуретан Стекловойлок 400 300 1200 1000 1700 400 700 200 140 1000 500 9,0 8,9 2,9 2,7 1,8 8,4 2,3 4 10 370 320 200 200 140 80 80 60 35 15 15 !9 17 6 23 5 18 4 28 28 6 6 15 — 17 8 0,5 0.3 0,07 0,06 500 400 1400 1000 1400 700 1! — 16 35 — 50 30 — 70 100 2,3 2 0,4 0,15 а также при кратковременном режиме работы РЭЛ (не более одного часа).
Под действием естественной конвекции окружающего воздуха и в результате оттока тепла к массе носителя, где установлена РЭА, температура несущей конструкции самостабилизирустся на уровне, обычно не превышающем 25 'С. При большей теплонагруженности теплоного баланса не достичь и несущую конструкцию охлаждают принудительно, как пранило, до температуры 15'С, При повышенной теплонагруженности (от 2,5 до !О кВТ/мз) может быть использовано принудительное воздушное охлаждение стойки. При высокой теплонагруженпости (от 10 до 50 кВТ/ыз) требуется более интенсивное жидкостное и испарительное охлаждение бесконечного радиатора.
Тепловая картина на уровне ГИК представляет собой множество тепловых потоков, распространяющихся от источников тепла (интегральных схем), расположенных внутри ГИМ, по направлению к бесконечному радиатору. Предполагая, что оговоренные выше условия о бесконечном 194 Таблит1л 4-б Теплофизические параметры технических материалов, ! используемых при конструировании ГИМ повышенной мощности Рис. 4-17. Дини!ение теплового патока в ному радиатору у . - - 7 — металлизврованное посавояипе место; 7 — п ~!'~~!'*.'., Весной элемент; а — слой изоляционной стекл й — тепловой контакт.
.У вЂ” корпус ГИМ; 7 — т ":„'*у!* . конструкция высшего структурного уровня РЭ !;~Зйь.;"!".',77 — линии теплового потопа; !7 — тонни теплое нестей сопрягаемык ппа ;;-,':~'-:;:::,: радиаторе справедливы, и выдели 'ных трактов теплового потока, ,'-';,.=':';:1,-: тракт (рис. 4-17). Он начинается иусном исполнении представляет с '„:;!,3~:: †;"',(кремниевый) кристалл 3, закреп :;з!.-.",'':;~.",:::ванном посадочном месте ! с помо! ';";":.,;.' го шва 2. Пройдя сквозь шов 2 и УГКК Ф.'' Рлг ЗРУ к бескопеч- ГИМ и от ГИМ шов: 7 — ивов основаиие! 7 — несущав оеого потоквз ступал неров- аявый нлн клеевой оэмалн; 7 — стальи еплоеой соециннтель ЛГ ру — тракт тепл ого «онтакта на вы еркностей огочнслснедить этот в бсскородннковый таллнзирогли клеево.
осадочно~о в один из мн можно просл от ИС, которая обой полупров лепный на ме ць!о паяного ! достигнув п К массе нрсителл Ге!с. 4-18. Цепь тепловых сопротивлений в ГИМ Лт ну- сопРотааление контакта элемент — азолацноннаа эмаль; и . — сопРо т.ыз типаеян» материала эмали; и — т пловзе сопротивление оснонзйия; и сопротивление контакш* асегванйе--корпус гим; й — сопротьгшеняе мате шаз Риала корпуса !'ИМ; и — сопротивление контакта соеаннителя т.ва места 1, тепловой поток проникает сквозь слой изоляционной стеклоэмали 4 в массу стального основания 5 н выходит к границе основания с противоположной стороны в том месте, где осуществлен контакт б (механнческий и тепловой, возможно и электрический) с корпусом ГИМ 7.
Пройдя корпус ГИМ, тепловой поток через тепловой соединитель 8 стекает в бесконечный радиатор 9. Эквивалентная схема теплопроводного тракта в ГИМ включает в себя шесть главных тепловых сопротивлений (рис. 4-18). Индексами «к» и «м» обозначены соответственно тепловые сопротивления контакта и массы. Сопротивления контакта навесной бескорпусный элемент — изоляционная стеклоэмаль й,„ь основание — корпус ГИМ Гт„я и теплового соединителя )ет а примерно на порядок превышают тепловое сопротивление массы металла и составляют обычно несколько единиц кельвин на ватт каждое, но могут достигать и нескольких десятков. В чем причина такого различия? Главным образом это вызвано тем, что граница раздела между сочленяемыми частями конструкции вырождается в пятна и точки касания по вершинам шероховатостей.
Сквозь них протекают стянутые к ним линии теплового потока (П, 12 на рис. 4-18). Суммарная плоацадь пятен и точек касания значительно меньше геометрической площади перекрытия деталей. Можно уменьшить сопротивление контакта с помощью теплопроводного клея, имеющего в составе наполнитель в виде высокодисперсного порошка никеляе или изоляционного оксида бериллия, или с помощью пайки. Пайка во многих случаях предпочтительна, так как припой более теплопроводсн и, кроме того, образует более тонкую прослойку между соединяемыми частями. Недостаткам клеев является их размягчение при температурах выше 80'С, что снихеает прочность клеевого шва. Тепловое сопротивление 1ттяа характеризует тепловые соединители, размещаемые в цепи теплопроводного тракта на участках от ГИМ до блока (тепловой соединитель ГИМ) н от блока до стойки (тепловой соединитель стойки).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
