Овсищер П.И., Голованов Ю.В. Несущие конструкции радиоэлектронной аппаратуры. Под ред. П.И.Овсищера (1988) (1092054), страница 41
Текст из файла (страница 41)
После окончания рабо|ы аппаратуры происходит остывание вещества и его затвердевание вследствие теплообмеиа с окружающей средой. При этом перерыв между включениями аппаратуры должно быть таким, чтобы рабочее вещество успело полностью зазвердеть к началу следующего цикла включения аппаратуры. Представляют антерес конструкции термастатов, основанные на использовании плавящихся в<щесгв са стабильной точкой плавления. Они предназначены для защнты элементов с малой рассеиваемой мощностью, например кварцевых |енераторов, от влияивя переменных во времени тепловых потоков, поступающих кз окружагощей среды во внутреннее пространство термостатируемого объема.
В качестве плавящихся веществ в РЭА чаще всего применяются парафин, вою, с|еариновая кислота, лпфенил, нафталин, сплавы Вуда и другие, имеющие температуру плавления, близкую к допустимой для объекта охлаждения. В.з. ТЕИЛОФИЗИЧЕСКОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ РВА Под теплофизическим конструированием понимается соблюдение определенных требований при конструировании и введение в конструкции аппаратов дополнительных специальных элементов, нвтеиснфицирующих отвод тепла от ЭРЭ. Ранее указывалось, что в последние годы расходы мощности на охлаждение достнглн значительных величин. Теплофизическое конструирование одной из своих целей ставит решение этой проблемы.
Во многих случаях применение методов теплофизического конструирования позволяет или вообще исключить применение принудительного охлаждения нли значительно снизить расходы теплоносителя. Любая система охлаждения может эффективно использоваться только в том случае, если БНК разрабатываются с учетом применения того или другого способа охлаждения, В связи с этим существует ряд требований к БНК различных уров- множил является ооязательным для обеспечения нормальных тепловых режимов ЭРЭ.
Эти требования могут быть общими независимо от способа охлаждения и частными, зависящими от способа охлаждения. Основное требование к БНК вЂ” обеспечение возможности свободного прохождения воздуха внутри аппарата при естественном и принудительном способах охлаждения. Прн естественном охлаждении это достигается вертикальной установкой ячеек в блоках, причем шаг установки ячеек должен быть таким, чтобы расстояние (зазор) между крышками ИС или МСБ соседних ячеек обеспечивалось бы не менее 5 мм. В противном случае силы трения воздуха об ЭРЭ могут превысить его подъемную силу, возникающую за счет разности температур в верхней и нижней частях аппарата, и движение воздуха прекратится. Максимальный зазор не регламентируется.
Однако размер его больше 8 — 10 мм нецелесообразен. В случаях применения принудительного охлаждения в конструкциях шкафов, блоков и ячеек не должно быть элементов, препятствующих движению воздуха вдоль ячеек, кроме тех случаев, когда такие элементы вводятся специально для создания более направленного потока воздуха. Требования к расстоянию между ИС соседних ячеек регламентируется только чисто конструктивными соображениями. С позиции теплофнзического конструирования это расстояние должно быть минимальным, что дает возможность обеспечить необходимую скорость движения воздуха при минимальном его расходе.
Скорость движения внутри аппарата более 3 м/с нецелесообразна, так как дальнейшее ее увеличение незначительно увеличивает эффективность отвода тепла от элементов. Базовые НК всех уровней должны предусматривать возможность размещения элементов одной из следующих систем охлаждения: естественно воздугпной, принудительной воздушной, принудительной жидкостной или воздушно~жидкостной.
В тех случаях, когда непосредственнык контакт хладагента с охлажденными элементами недопустим (например, при применении жидкостного охлаждения), элементы БНК должны обеспечивать минимальное тепловое сопротивление между ними. При необходимости наружные поверхности кожухов БНК2 могут быть снабжены вертикальными ребрами. Этим достигается увеличение теплоотдающей поверхности блока и, следовательно, снижение его внешнего теплового сопротивления. Ребра рекомендуется делать высотой не более 20 мм, расстояние между ребрами должно быть 8 — 10 мм.
Как уже отмечалось, нормальный тепловой режим ЭРЭ, размещенных в ЭМЗ, обеспечивается автономными системами воздушного охлаждения, встроенными в,конструкцию модуля. Поэтому в БНКЗ должна быть предусмотрена возможность установки в них модулей охлаждения второго уровня, построенных на основе БНК2. При этом места выброса воз- духа не должны находиться со стороны обслуживающего персонала. Базовые НКЗ должны обеспечивать возможность установки воздуховодов в верхней и нижней частях шкафов, а также возможность установки их в один ряд. Учет этих требований позволяет сократить длину воздуховодов, уменьшить количество соединений в них и тем самым уменьшить вероятность возможных утечек воздуха через неплотности в воздуховодах. Особое внимание при конструировании следует обратить на распределение общего потока воздуха на отдельные потоки по шкафам нли по каналам внутри блоков и шкафов в зависимости от количества, определяемого тепловым расчетом.
В БНК2 и БНКЗ должны быть предусмотрены возможности установки устройств, регулирующих расход воздуха и распределение его между отдельными воздушными каналами. Регулирующие устройства в виде регулируемых заслонок, жалюзей сеток должны устанавливаться в нижней части (в отдельных случаях и в верхней) шкафа, пульта или на монтажной раме перед входом в охлаждаемый блок. Базовые НК должны предусматривать возможность подвода охлаждающей жидкости к объектам охлаждения по трубам илн по элементам БНК.
Прн этом должны быть предусмотрены устройства, препятствующие вытеканню жидкости. При контакте охлаждающего воздуха с более холодными поверхностями жидкостно-воздушных теплообменннков на них может осаждаться конденсат из воздуха. Для избежания попадания конденсата на ЭРЭ элементы конструкции БНК должны предусматривать возможность установки в них устройств для отвода конденсата. Одним из наиболее простых и эффективных способов снижения перегревов ИС и МСБ является их установка на кондуктивные теплостоки. Кондуктивные теплостоки выполняются в виде теплоотводящих шин (рис. 9.25) и металлических оснований (рис, 9.26).
Материалом для кондуктивных теплостоков служат сплавы алюминия, медь и ее сплавы. Применение кондуктивных теплостоков позволяет снизить перегрев корпусов ИС в естественно-вентилируемой аппаратуре на 15 — 20%, при этом толщина металлических оснований из алюминиевых сплавов должна быть не менее 1.10-' м, а из меди и ее сплавов не менее 0,5 10-' м [401. В принудительно-вентилируемой аппаратуре уменьшение перегрева на 30 — 50чь досвитается,прн толщине оснований из меди н ее спла~воз не менее ! 10 — ', а нз сплавов алюминия — не менее 2.10-з м [41). Применение кондуктивных теплостоков в герметичных конструкциях является малоэффективным, так как снижение перегрева в этом случае не превышает 5 — 8Ъ [401. Одним из условий эффективного применения кондуктивных теплостоков является обеспечение низкого теплового сопротивления между корпусом ИС Рис.
9.26. Установка микросхем со штырьковыми (а) н плвнврными (о) выводами нл метвллнческое основвние: т — металлическое осноеаннш т — корпус ИС; Н вЂ” печатпен платэ Рис, 9.25. Установка ИС нв тепло- отводящие шины: норпус ИС; Š— печатали плата; Л— теп:ммтеоднщан шина; Е-. контактнан площадка 3 Ф лл и теплостоком за счет приклеивания. Правда, теплопроводность клея влияет не очень значительно. Так, например, при увеличении коэффициента теплопроводностн клея от 0,2 до 1,8 Вт/(м К) перегрев снижается на 10еУе для алюминиевых оснований и на 23 "эу для медных.
Эффект кондуктивных теплостоков особенно повьппается с применением теплового контакта между ячейкой и корпусом блока. Прн этом создается непрерывная тепловая цепочка «корпус ИС— кондуктивный теплосток — тепловой разъем — корпус блока— окружающая среда», снижающая суммарное тепловое сопротивление между ИЭТ и окружающей средой. Это приводит к снижению перегрева ИС в 2 — 3 раза. При этом при естественной конвекцин 142): толщина теплостока более 0,5 мм незначительно уменьшает перегрев корпуса ИС; применение медных теплостоков вместо алюминиевых незначительно влияет на тепловой режим ИС; теплопроводность клея при приклеивании корпуса ИС к теплостоку практически не влияет на перегрев ИС; нецелесообразно приклеивать к теплостоку корпуса с площадью основания менее 4.10 — 4 м', наиболее ощутимый эффект от приклеивания к теплостокам достигается для корпусов ИС с площадью основания не менее 5.
10 4 мн. Как видно, наличие теплового контакта между ячейками н блоком дает значительный эффект. Вместе с тем тепловой контакт должен иметь низкое тепловое сопротивление Рш т. е. сопротивление, обусловленное несовершенством механического соединения контактирующих поверхностей. При прохождении теплового потока в зоне контакта возникает, как правило, нежелательный дополнительный перепад температур, который может быть соизмерим илн даже превосходить перепад температур на осталь- ных участках цепочки ЭРЭ вЂ” окружающая среда В неразъемных соединениях тепловой контакт обеспечивается достаточно просто, хотя сопротивление рс, зависит от материала коптактирукпцих поверхностей, чистоты их обработки, усилия сжатия и др Контакт может быть достигнут за счет пайки, сварки и склеивания мест соединений, а также за счет заклепочных и винтовых соединений, В последних случаях для уменьшении тегь лового сопротивления рекомендуется в местах соединения прокладывать теплопроводные пасты, например КПТ-В, или клен.
Применение пасты особенно эффективно, если соприкасаются поверхности с чистотой обработки менее тг 5. Применение пасты позволяет практически снять зависимость А', от усилия прижатия. В современной РЭА неразъемные контакты встречаются редко. В основном требуется обеспечить низкое тепловое сопротивление в разъемных конструкциях. И в этом случае вступают в действие два противоречивых требования.
Для легкого разъема конструкции (например, установки и извлечения ячеек из блока по направляющей) необходимо, чтобы был достаточный зазор между печатной платой и направляющей. С другой стороны, для обеспечения малого значения лт, требуется полное отсутствие этого зазора. Это противоречие вынуждает разработчика РЭА вводить в конструкции дополнительные элементы — тепловые разъемы, обладающие, как правило, сложностью конструкции, неудобством в эксплуатации, низкой технологичностью изготовления и другими недостатками.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
