УП Констр РЭС КП и ДП 2007_ (560572), страница 9
Текст из файла (страница 9)
рис. 3.10). Нагретая зона микроблока состоит из функциональных ячеек на металлических рамках, выполняющихфункции несущих элементов конструкции и кондуктивных теплостоков.Процессы теплообмена можно представить тепловой моделью конструкций с источниками тепла, распределенными в объеме (см. разд.6.3).Однако при определении тепловой проводимости между центром и поверхностью нагретой зоны σЗ в конструкции ФЯ (рис. 6.3) свойство «дальнего порядка» частично нарушается, поскольку не все элементы ячейки имеютодинаковые геометрические формы и не выполняется требование периодичности их размещения.
Поэтому параметры модели нагретой зоны в виде однородного анизотропного тела получают на основе выбора в качестве элементарной тепловой ячейки функциональной ячейки микроблока (система с«ближним порядком»).Рис. 6.3. Конструкция односторонней функциональной ячейкиКак видно из рис. 6.3, тепло по направлению х в ячейке передаетсяпреимущественно через боковые ребра жесткости рамки 1 и печатную плату3. Другие элементы конструкции, обладающие относительно высокими коэффициентами теплопроводности, включены последовательно с воздушными прослойками (λВ = 0,025 Вт/(м·К)).52Аналогичен механизм передачи тепла через элементы конструкции ФЯв направлении у.
Основными цепями переноса тепла являются верхнее 2 инижнее 4 ребра жесткости рамки.По направлению z тепло в пределах ФЯ передается через винты, стягивающие ячейки в пакет, и через ребра жесткости рамки 1 и 2, по которымосуществляется тепловой контакт между ячейками в пакете.Таким образом, тепловые проводимости ФЯ по направлениям осейкоординат:σЯX=2λPSP1/lP1; σЯY=λP(SP3+SP4)/lP3σЯZ=(λBH SBH + λPSKH.P)/lBHгде λР - коэффициент теплопроводности материала рамки; SР1, SР2 SР3 площади поперечного сечения соответствующих ребер жесткости рамки; lР1,lР3 - длины ребер жесткости; λВН - коэффициент теплопроводности материала стягивающих винтов; SВН - суммарная площадь поперечного сечениявинтов; SКН - площадь теплового контакта между рамками ФЯ; lВН - длинавинта в пределах рамки или высота рамки.Тепловые проводимости нагретой зоны по направлениям осей координатσЗX = mσЯХ , σЗY = mσЯY ,σЯZ = σЯZ/mгде m— число функциональных ячеек в блоке.Эквивалентные коэффициенты теплопроводности нагретой зоны по направлениям осей координатλX = σ3X lx/(lylz); λY = σЗY ly /(lxlz); λZ = σz lz /(lxly),где lx, ly, lz — геометрические размеры нагретой зоны по направлениям координат.Эквивалентные размеры нагретой зоны для λZ = λ0, lz0 = lz,l x0 = l xλ0λ0, l y0 = l yλxλyЧерез отношения lz/lx0 и lz/ly0 по графикам [4, 24] находят коэффициент формы нагретой зоны С, после чего определяют тепловую проводимостьмежду центром и поверхностью нагретой зоныσз = 4λZlxly /(Clz).536.5 Тепловое моделирование и расчет теплового режима конструкцийРЭС с источниками тепла, расположенными в плоскостиМодель распространяется на конструкции блоков и модулей РЭС, выполненных на одной плате, закрепленной на кожухе.Упрощенное изображение конструкции приведено на рис.
6.4,а, тепловая схема - на рис. 6.4,б. Особенностью таких конструкций является распределение источников тепла в одной плоскости. Механизм теплообмена и тепловая модель в целом аналогичны конструкциям РЭС с источниками тепла,распределенными в объеме (см. рис. 6.2,а). Однако размещение тепловыделяющих элементов в плоскости дает возможность при оценке теплового режима ограничиваться расчетом среднеповерхностной температуры нагретойзоны t3, которая с небольшой погрешностью может быть принята в качествехарактеристики теплового режима элементов. Структуры тепловых проводимостей на тепловых схемах рис.
6.2,б и 6.4,б полностью совпадают.12σз.к3Ptз σз.лσс.кσз.к σз.т tк.вна)σк.кtк.н σк.лtсб)Рис. 6.4. Тепловая модель конструкции блока с планарной нагретой зоной:а — упрощенное изображение конструкции; б — тепловая схема6.6 Тепловое моделирование и расчет теплового режимаконструкций РЭС с естественной вентиляциейЕстественная вентиляция в конструкциях осуществляется за счет перфорации кожухов, что обеспечивает естественное подтекание холодноговоздуха к тепловыделяющим элементам и, тем самым, повышает эффективность теплообмена.Интенсивность свободной конвекции с притоком воздуха извне характеризуется коэффициентом перфорацииKП=SBX/(L1 L2)где SВХ - суммарная площадь отверстий в нижней стенке кожуха навходе в блок; L1, L2 - геометрические размеры стенки.54Обычно коэффициент перфорации КП = 0,05...0,1.
Входные и выходные отверстия в кожухе выполняются напротив нагретой зоны плат, причемсуммарная площадь выходных отверстий в 1,5…2 раза больше SBX.Показатели теплового режима блока с перфорированным кожухом могут быть найдены, если известны показатели для блока с естественным воздушным охлаждением без притока воздуха:∆tз0 ЕВ = СП ∆tз0; ∆tз.ЕВ = СП ∆tз; ∆tк.ЕВ = СП ∆tк ,где: ∆tз0 ЕВ, ∆tз0, ∆tз.ЕВ , ∆tз , ∆tк.ЕВ , tк – перегревы центра нагретой зоны,поверхности нагретой зоны и поверхности кожуха для конструкций сперфорированным (ЕВ) и глухим кожухом; СП - поправочный коэффициент,являющийся функцией коэффициента перфорации.График зависимости СП от коэффициента перфорации КП приведен нарис.
6.5.Таким образом, блоки РЭС с естественной вентиляцией можно представить тепловыми моделями блоков с глухими кожухами и после расчетапоказателей теплового режима ввести поправку на естественную вентиляцию.Рис. 6.5. График для определения поправочного коэффициента CП6.7 Тепловое моделирование конструкций с тепловыделяющимиэлементами, размещенными на металлических основанияхДанный класс объединяет конструкции аналоговых РЭС на микросборках. Типичный представитель - конструкции в корпусах типа «пенал».
Упрощенное изображение конструкции приведено на рис. 6.6,а.Бескорпусные микросборки 3 размещены на металлическом основании2, которое устанавливается в корпус 1. Характерная особенность конструкций - передача тепла от элементов микросборок к корпусу преимущественно55теплопроводностью через внутреннюю тепловую проводимость тепловыделяющих элементов σВН, тепловые проводимости подложки микросборки σПи клеевого соединения σКЛ подложки микросборки и основания. Основаниеи корпус можно принять за изотермическую поверхность.
Передача тепла споверхности корпуса окружающей среде осуществляется конвекцией и излучением. При условии, что в пределах каждой из п микросборок отсутствует взаимное тепловое влияние между элементами (предусмотрены зоны тепловой защиты элементов) тепловая схема процесса теплообмена в конструкции может быть представлена в виде рис. 6.6,б.Рис.
6.6. Тепловая модель конструкции пенального типа на микросборках:а — схематическое изображение конструкции; б — тепловая схемаЗначения внутренних тепловых проводимостей для бескорпусных интегральных микросхем и транзисторов берут из технических условий наэлементы или определяют по тепловой схеме рис. 6.7,б. Исходя из способаустановки кристалла на подложке (рис. 6.7,а) тепло от активной областикристалла стекает на подложку 3 через кристалл 1 (σКР), слой клея 2 (σКЛ) ивыводы 4 (σВЫВ).Критериальной оценкой теплового режима конструкции является температура наиболее теплонагруженного или наименее теплостойкого элемен56та.
Температура i-го элемента, расположенного на j-й подложке, может бытьнайдена какtij =tПj + Pij /σВН ijmt Пj = t K + ∑ Pij (1 / σ Пj + 1 / σ КЛJ )i =1nt K = tC + ∑ Pj /(σ КК + σ КЛ )j =1где Pij - тепловой поток i-го элемента на j-й подложке; Рj - суммарный тепловой поток, выделяемый элементами j-й микросборки; m - число элементовна подложке j-й микросборки; n - число микросборок.Рис.
6.7. К определению внутренней тепловой проводимости активногобескорпусного элемента.а - вариант установки на подложке; б - тепловая схемаПри известных геометрических размерах элементов и коэффициентахтеплопроводности материалов определение проводимостей кондуктивнойтеплопередачи не вызывает затруднений.577. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ КОНСТРУКЦИИ КМЕХАНИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМВ процессе изготовления, транспортировки и эксплуатации РЭС подвергаются различным механическим воздействиям: линейным ускорениям,вибрации (периодическим знакопеременным нагрузкам) и ударам (непериодическим, кратковременным нагрузкам).
Нагрузки могут быть направленными вдоль одной оси (линейные ускорения вдоль продольной оси при разгоне ракеты) либо действовать по всем трем взаимно перпендикулярнымнаправлениям (наиболее общий случай).Аппаратура считается вибропрочной, если она сохраняет работоспособность после воздействия механических нагрузок (например, после транспортировки к месту эксплуатации каким-либо видом транспорта, после выведения спутника на орбиту и т.д.). Аппаратура считается виброустойчивой,если она сохраняет работоспособность во время действия механических нагрузок (например, во время движения).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
