Назаров_Конструирование_РЭС (560499), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Тогда общая площадь теплоотдачипанелиSn = 2a2бi + 4a6h' = 2k3a6(k3a6 + 2a6/k2)=2a26k3(k3 +(2/k2 )Из равенства объемов находим, что k 32 a б2 (a б / k 2 ) = aб3 и k23=k2.Заменив k3 на k2 в выражении для площади, получим2 S П = 2a б2 k 2 +k 2 Увеличение удельной мощности рассеяния В'рза счет перехода от кубической формыблока к панельной будет равноувеличению площади теплоотдачи этихформ, т.е.B' Р = S П / 6 S 01 1 k2 +3 k 2 По этой формуле полученазависимость выигрыша в удельнойРис. 3.24. Зависимостивариациимощности рассеяниямощности рассеяния(ее вариация В 'р ) от степени планарности блокаот коэффициентаформы блоков РЭС (рис.
3.24). Приведенные выше зависимости имеют непосредственное практическое значение при выборе рациональных объемов и формыблоков РЭС.Пример 3.3. Требуется найти минимально допустимые габаритыблока, если известно, что k2 = 3, Δt = 40°C при tmax = 60 "С, αк+αл = 0,12 Вт /(дм2 • °С), Р0 = 40 Вт.Принимаем, что 80% потребляемой мощности рассеяния переходитв тепловую энергию, или Р расс = 32 Вт. Определим допустимую мощностьрассеяния для блока кубической формы. Из графика рис. 3.24 для k 2 = 3находим В 'р - 1,39, тогда Р расс = 32 / 1,39 = 23 Вт. Удельная мощностьрассеяния в блоке Р уд расс =23/V.
Допустимая удельная мощность рассеянияР уд расс доп =0,12· 40S/V. По графику рис. 3.22 методом последовательныхприближений находим, что для выполнения условия Р уд расс = Р уд расс доп,необходим объем V= 0,73дм3, при котором S/V=6,61/дм и Р уд р а с с =31,5Вт/дм 3 . Сторона куба равна а б = 3 V = 0,9 дм = 90 мм.
Высота блока h ' =а б /k 2 = 30 мм , а сторона блока аб и = k 2 a б = 1,73 · 90 = 156 мм. Искомые(минимально допустимые) габариты блока: 156x156x30 мм. При наличииунифицированныхтипоразмеровблоковвыбираетсяближайшийтипоразмер, при этом стороны верхней грани могут корректироватьсятаким образом, чтобы ее площадь оставалась примерно постоянной;например, размеры 156x156 мм могут быть заменены на 420x57 мм. Этовозможно по той причине, что результаты по расчету В 'р для панелейквадратной и прямоугольной форм мало различаются между собой (кривая2 на рис. 3.24).Рассмотрим далее влияние объема и формы блоков на вибропрочность конструкций. Оценка этого влияния может характеризоваться из91менением собственной частоты f0 конструкции блока.
Поскольку блокРЭСпредставляет собой совокупность (систему) элементов конструкции,имеющих различные массы, формы, размеры и способы закрепления, токаждый такой элемент или их сочетание (подсистема) обладает своейсобственной частотой механических колебаний при резонансе,причем наиболее опасной из них является самая низкая, которая обычно характерна для плоского, крупноформатного (или массивного) ислабо закрепленного элемента. Наиболее опасными по вибропрочностибудут функциональные ячейки и, в частности, их несущие плоские основания (печатные платы, рамки).В общем случае влияние объема блока РЭС (без амортизации) может быть определено следующим образом: чем меньше объем блока, аследовательно, и его масса, тем выше собственная частота конструкциии ее вибропрочность.
Это подтверждается формулой f 0 =12πk / m , гдеk — жесткость конструкции, a m — ее масса. Однако детально конкре-тизировать эту зависимость не представляется возможным, посколькувсе определяется ФЯ и их жесткостью закрепления. Для одного и тогоже объема блока варианты ФЯ и их закреплений могут быть самымиразличными. Поэтому влияние объема и формы блока на собственнуючастоту может быть оценено косвенно через размер длинной стороныФЯ, входящий в основную формулу собственной частоты для пластины:k м k в Ch10 4Гцf0 =a2где k м, k B — коэффициенты материала и весовой нагрузки пластины;С — частотная постоянная, зависящая от формы ячейки и способа закрепления; h и а — толщина и длинная сторона пластины, см.При изменении объема или формы блока меняется лишь сторона а иее отношение к меньшей стороне b , aтакже количество ячеек.
Величины жеk м, k в, С и h остаются, как правило,постоянными. Для определения зависимости вариации собственной частотыВf0 от коэффициента планарности рассмотрим по аналогии с предыдущимслучаем отношение собственных часРис. 3.25. Зависимость тот для номинального и i-ro вариантов,вариациисобственной частоты а именно:конструкцииот коэффициентапланарности.B f 0 = f 0i / f 0 = (a / ai ) 2 = 1 / k 32 = 1 / k 2Эта зависимость приведена графически на рис. 3.25.Пример 3.4. Для блока РЭС на печатных платах из стеклотекстолита ( р = 2,47 г/см , Е = 33 • 109 Па ) с объемом, найденным в предыдущем примере, определить допустимое значение коэффициента планарности и габариты блока, если заданы f0 =300 Гц , h = 1 мм , kв = 0,8,С = 86 и найдена величина k M = 0,72Считаем, что блок имеет кубическую форму со стороной а 6 = 90 мм(см. пример выше).
Сторону квадратной ФЯ принимаем равной а = 75 мм(с учетом стенок корпуса и зазора между ними и торцами пакета ячеек). Тогда fо = 0,72 • 0,8 • 86 • 0,1 • 104/7,52 = 880,64 Гц, а f0/f0i = 880,64 / 300= 2,93.Таким образом, допустимое значение коэффициента планарностиk2 ≤ 2,93. В предыдущем примере k2 =3 и выбраны минимально допустимыеразмеры блока из условия обеспечения допустимой тепловой напряженности, т.е. блок был более плоским. Однако если учитывать еще и требованиявибропрочности, то его размеры можно скорректировать следующим образом:h' = 90/2,93 =30,7мм, k3 = √2.93 = 1,71, a = k3a6 = 154мм.Новые размеры 154x154x30,7 мм мало отличаются от предыдущих, однако в других случаях, когда k2 по одному критерию существенно отличается от k2 по другому критерию, возможны различные вариантыгабаритных размеров и их оптимизация.3.7.
Выбор оптимальной формы блока РЭСпо нескольким критериям качестваКак видно из рассмотренных примеров, выбор формы блока и егокоэффициента планарности неоднозначно зависит от рассмотренныхдвух показателей качества, обеспечивающих его нормальную работу вусловиях эксплуатации, и надо выбрать такое значение k 2 , при котором оба условия по ТЗ удовлетворялись бы. Кроме того, при конструировании блоков необходимо подбирать размеры и форму ФЯ таким образом, чтобы размеры отвечали рекомендуемому ряду, например дляпечатных плат, а форма обеспечивала бы полное заполнение ее площади без «пустых мест». Это требование является дополнительным условием выбора оптимальной формы и в то же время ограничением в выборе вариантов.
Другим дополнительным требованием (критерием) является условие получения в конструкции блока возможно большей плот93\ности упаковки элементов в объеме или при выбранной степени интеграции ИС — минимального коэффициента дезинтеграции объема, таккак γ6 =ýИС /qV (разд,1,1)• Заметим, что чем больше формат ячейки,тем более рационально используется площадь, тем меньше коэффициент дезинтеграции площади, а следовательно, и объема, тем вышеплотность упаковки в блоке.
Так, например, для одного и того же объема цифрового блока на печатных платах с корпусами ИС типа 401.14-1были рассчитаны по формулам [5, с. 214] коэффициенты дезинтеграции объема по двум вариантам, когда блок состоял из 27 мелкоформатных ячеек (q v = 6,3) и шести крупноформатных (q v = 5,2). Изменениеq v , а следовательно, и плотности упаковки составило 21%, что весьмасущественно, так как объем увеличился на одну пятую.Таким образом, при выборе оптимальной формы надо учитыватьуже четыре критерия при конструировании блоков РЭС на печатныхплатах. При выполнении блоков на бескорпусных МСБ, как показано в[2], вводятся еще дополнительные критерии, связанные с конструкциейи технологией изготовления рамки.Возьмем для общего случая конструирования блока РЭС на печатных платах три наиболее важных критерия, а именно: тепловую напряженность, вибропрочность и плотность упаковки, и рассмотрим общийход решения задачи.Пусть заданы по ТЗК следующие исходные данные: сложность СРЭС при количестве ИС 7У ИС, тип корпуса ИС, число задействованныхвыводов п выв, потребляемая мощность микросхемы Рис и допустимаятепловая напряженность блока Р У Д РАСС т з , материал и толщина Δ Пппечатной платы, диапазон частот вибраций fmin,---f mахи допустимаяперегрузка п тз> тип компоновочной схемы ФЯ, по которой определяетсякоэффициент динамичности μ, диапазон температур среды tmin ..tmax.Может быть предложен следующий порядок проведения расчетов:1 .
По заданной сложности РЭС выбирают пять-шесть вариантовколичества ячеек в нем так, чтобы в каждом варианте ячейки не имелисвободных мест, т.е. NИC = n aNя , где n я — количество ячеек; Nя количествоИС в ячейке: Nя = nx ny , где пx , пy — количество ИС встроке и столбце (целые числа). При машинном способе расчета можетбыть выбрано свыше 10 вариантов для получения более плавных графических зависимостей.2. Рассчитывают требуемые размеры LX, LY печатных плат ФЯ длякаждого варианта по формулам:94Lx = (nx-1)tx + lx+x1+x2,La = (na-1)ta + la+al+a2,где tX. tY — шаги установки ИС по осям X и A (выбирают по табл. 3.2,3.3в зависимости от типа корпуса и числа задействованных выводов);1Х, IY — размеры корпуса ИС по справочным данным; х1 x2, y1 y2 —краевые поля (выбирают по таблицам [17] в зависимости от типа корпуса, толщины печатной платы, типа соединителя и контрольной колодкив ячейке).3.
После расчета LX и LY подбирают ближайшие целые значенияLX'≥LX LY' ≥ LY , а далее определяют размеры сторон корпуса блокас учетом добавок ΔLX, ΔLY на зазоры между пакетом ФЯ и стенкамикорпуса, толщины самих стенок и размеры для размещения межблочных соединителей, или A =L'Y + ΔLY, B=L'X + ΔLX.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
