Овсищер П.И., Голованов Ю.В. Несущие конструкции радиоэлектронной аппаратуры. Под ред. П.И.Овсищера (1988) (1092054), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Конструкций тепловых разъемов разработано много, в том числе и с тепловой трубой, но все оии в той или иной степени обладают указанными выше недостатками. Пример применения кондуктивпых теплостоков и теплового разъема в сочетании с жидкостным охлаждением показан на рис. 9.27. С обеих сторон многослойной печатной платы расположены теплоотводящие шины, на которых закреплены корпуса ИС. Шины соединены с ребристым теплоотводом, который составляет часть пластинчатого теплового разъема. Другая часть разъема устанавливается на каркас шкафа и соединяется с теплообменником, по которому циркулирует охларкдаюшая жидкость.
Такая конструкция, обладает низким тепловым сопротивлением по всей плате (О,З вЂ” 0,45 Кг'Вт), обеспечивает возможность оперативной замены ячеек в устройствах (431. рис. 9.27. Теплонаи молель ячейки: — канал для жилгсого теплоносителя; 2 — тенлоеоа разъем; 3. «орнтс ИС; и — теплоогеоя»исая шина; 5 — нечатная наста Еще одним из вариантов применения жидкостного охлаждении с непосредственным контактом с ИС является система с применением специальных кассет, внутри которых уложены эластичные грубы из теплопроводного материала (рис.
9.28). Кассеты распо лагаются между ячейками, Ячейки с ИС устанавливаются при отсутствии теплоносителя в трубках. Когда подается жидкость, под ее давлением поверхность трубок через отверстия в кассетах равномерно прижимается к корпусам ИС. При этом тепловое сопротивление от корпуса ИС до охлаждающей жидкости определяется только толщиной и теплопроводностью материала стенок трубок и составляет примерно 2 К(Вт [431. В уюдавляющем большинстве случаев в аппаратуре с принудительным воздушным охлаждением воздух движется вдоль печатных плат с элементами.
Такой способ движения воздуха целесообразен в случаях одинаковой тепловой нагрузки ЭРЭ и их теплостойкости. В условиях вынужденной конвекции необходимый расход воздуха, как правило, определяется допустимой температурой наиболее чувствительных к температуре ЭРЭ. В этом случае общий расход воздуха можно значительно уменьшить, если создать интенсивное локальное охлаждение отдельных наиболее теплонагруженных или наиболее чувствительных к температуре элементов. Одним нз способов интенсивного локального охлаждения элементов является изменение направления движения воздуха в области элементов ~44]. Если обеспечить движение воздуха не вдоль поверхности элементов, а перпендикулярно к ней (рис.
9.29~, Рис. 9.28. Блок с лримеиеиием эластичных охлаждающих кассет: т — каркас устройства; у — кассета; а — многослойная печатная плата; 5 — корпус нс; 5 канера с аласткчкой поаеркноспло Рис. 9д9, Схема струйного обдува ИС в блоке: т — корпуе ИС; 2 — печатная плата; 2 — коллектоп то коэффициент теплоотдачи от поверхности корпуса ИС увеличивается в несколько раз. Такая высокая интенсивность охлаждения при использовании струйного обдува позволяет обеспечить тепловой режим при более низких (в 3 — 7 раз) значениях расхода охлаждающего воздуха при условии рационального выбора диаметра сопла и расстояния между соплом и корпусом ИС.
Применение струйного абдуна ИС целесообразно в РВА, располагающей устройствами подачи воздуха под давлением. Еще один пример рационального использования охлаждающего воздуха показан на рнс. 9.30. Конструкция представляет собой сборку из двух печатных плат, смонтированных обратными сторонами друг к другу на рамке с фланцами, отделяющей платы друг от друга и создающей канал, по которому к ним подходит холодный воздух. К обратной стороне каждой печатной платы ыие. 9.оо. Конетрукпия пустотелой платы с принудительным воздушным охлаждением: — Рамка е $ланцем; 2 — вход ноэдуха; 8 — выход наадуха; 4 — плата. отводящая тепло; я — нееатная плата; 6 — плескав коРпус НС подходит теплопроводящая плата, выполняющая роль промежу точного звена между печатной платой и потоком воздуха.
Воздух поступает в приточное отверстие с левой стороны рамки и выходит с ее правой стороны. Охлаждающий воздух входит в прнточное отверстие плат, находящихся на большом удалении от источника воздуха; при этом он нагревается не больше, чем воздух, поступающий к более близким рамкам, Это объясняется тем„что градиент температуры в направлении основного охлаждающего потока, перпендикулярно поверхности плат, практически равен нулю.
Такая конструкция обеспечивает улучшенное охлаж денне благодаря следующим факторам: путь, по которому отводится тепло, уменьшен на ширину платы; последовательное распределение воздуха заменено параллельным; теплоотдающая поверхность от каждой платы увеличена; эффективность конвекцин увеличена. Ранее указывалось„ что обеспечение нормального теплового режима ЭРЭ в герметичных блоках — сложная задача. Трудность заключается в том, что недопустим непосредственный контакт теплоносителя с объектами охлаждения. Поэтому приходится применять косвенное охлаждение, а в этом случае особое значение приобретает тепловое сопротивление между принудительно охлаждаемой поверхностью н ЭРЭ.
И чем меньше это тепловое сопротивление, тем более эффективно принудительное охлаждение. Г1ример конструкции ячейки с применением косвенного принудительного охлаждения приведен на рис. 9.31. Основой конструкции является плоский воздуховод, на обе боковые стенки которого приклеены печатные платы с ИС или беакорпуснымн элементами (в последнем случае ячейка снаружи герметизируется). Через воздуховод проходит охлаждающий воздух от централизованной воздушной системы охлаждения. Для увеличения поверхности контакта воздуха с воздуховодом внутри его приклеены или припаяны гофры.
Тепловой поток от корпусов ИС через печатную плату и стенки воздуховода передается воздуху и уносится в окружающую среду. Естественно, тепловое сопротивление микросхема — воздух в основном определяется материалом и толуциной печатной платы. В случаях применения стеклотекстолитовой МПП Р.
может достигнуть значительной величины, что сводит к минимуму преимущества такой конструкции. Задача снижения 1ст МПП может быть решена при помощи конструктивных особенностей самой платы 1451. 1 Х Рис. 9.ЗК Конструкция дв»платной ячейки с воздуховодом: 1 -- алектрвчесппа соелпвпасль; 2 -корпус ИС; 3 — печатпае плата; 4 — ноалулоаоп ~Ы Рис. 9.33.
Размещение металлизированных отверстий пол корпусом ИС Рис. 9.32. Размещение металлизированных отверстий вне корпуса ИС о 1 б' л .3 Рис. 9.34. Установка корпуса ИС на печатной плате ячейки: е — бяа металлванраваннык отверстнй; б — на металананрованнык атверстнях; 1 — «лейс т — корвтс ис; 3 — печатная плата; б — телласток ~ралнатори б — аашятный влектрон*аяяннонный слой; б — металлввнрованные отверстня Как известно, при установке ИС на МПП электрические соединения между выводами осуществляются проводниками, расположенными на внутренних слоях платы, переход к которым оформлен с помощью металлизированных отверстий. Металлизированные отверстия располагаются, как правило, у планарных контактных площадок, предназначенных для распайки выводов ИС в зоне ее посадочного места (рис. 9.32).
Такое расположение металлизированных отверстий диктуется необходимостью создания под корпусами ИС свободных проходов для прокладки проводников во всех слоях, в том числе и в первом. Вместе с тем допустимо размещение металлизированных отверстий и в других местах МПП, даже под корпусами ИС (рис.
9.33). В этом случае печатная плата пронизывается насквозь металлическими столбиками н теплопередача происходит в основном через эти столбики. Во избежание замыкания металлизированных отверстий металлическим донышком корпуса ИС или радиатором наружные слои МПП покрыты защитным электроизоляционным слоем (рис. 9.34).
В такой конструкции тепловое сопротивление снижается в 2,5 — 3 раза, причем это снижение тем больше„чем толще печатная плата. Еще одна разновидность ячейки с дополнительным теплоотводом приведена на рис. 9.35. Ячейка представляет собой модуль Рис. 9.35. Конструкипя ячейки с радиатором: Г нааель; у..алентрнееснна соеунннтель; р — нгольнатаьштыревоя раанатор; 4 — лона усгавовнн НС; а --осеаанав власа первого уровня с односторонней установкой ИС, построенный на основе унифицированной базовой несущей конструкции (УБНК) первого уровня типа ЯУ1 ~45~.
К стороне печатной платы, свободной от ИС, приклеивается игольчато-штыревой радиатор. Габаритные размеры основания радиатора соответствуют размерам части печатной платы, занятой ИС. Радиатор устанавливается со стороны выступающей части электрического соединителя. Одним из преимуществ предлагаемой конструкции является то обстоятельство, что радиатор заполняет практически весь объем зазора между соседними ячейками, и поэтому охлаждающий воздух, подаваемый в этот зазор, используется более полно.
Для определения эффективности описанной выше конструкции был проведен сравнительный анализ теплового режима элементов, размещенных на плате с металлизированными столбиками и с радиатором и на обычной ячейке с кондуктнвными теплостокамн а виде теплоотводящих шин при различных скоростях движения воздуха. В первом случае перегрев ИС на 28 — 50~у ниже, чем во втором, причем чем выше скорость движения воздуха, тем больший достигается эффект.
Следует также отметить, что в зазоре между ячейками воздух охлаждает не только радиатор одной ячейки, но и корпуса ИС соседней. При расчете это обстоятельство не учитывалось, иначе результаты были бы еще лучше. Вместе с тем предлагаемая конструкция обладает таким значительным недостатком, как большая масса, что делает ее применение ограниченным для некоторых видов аппаратуры. Описанные выше конструкции обеспечивают интенсификацию геплоотдачи большого количества ЭРЭ во всем блоке или на всей ячейке. Вместе с тем в последнее время появляются ИС со значе- виями остей, на порядок выше а обычны и, как правило, составляют н ительное количество по отноше ко всей элементной ба зе.
И му создавать системы 5 охлаждения'уз расчета на эти элементы нецелесообразно. Целесообразнее применять локальные устройства охлаждейяя и, в первую очередь, индивидуальные радиаторы. Конструкции таких радиаторов отличаются друг от друга )46, 47), но обладают общим недостатком: занимают место на печатной плате н тем самым уменьшают плотность установки ИС на плате. Этого недо- Рис. 9.36. микросхема с вндввидустатка можно избежать, если уста- аданмм радиатором; изваивать радиатор с обратной сто- а аадахе нс; х — аеаааааа ааааа; роны платы в канале между соседними ячейками (рис. 9.36). Но прн этом радиатор через отверстия в печатной плате должен иметь хороший контакт с дном корпуса ИС. В заключение следует отметить, что приведенные конструкции не охватывают все существующие в нашей стране и за рубежом, а дают лишь общие представления о том, в каком направлении ведется теплофизическое конструирование РЭА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
