Тема 6 Основы обеспечения нормальных тепловых режимов РЭА (560684), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В ориентировочных расчетах для определения тепловой проводимости σз от центра нагретой зоны к ее поверхности можно воспользоваться[ ] усредненным значением эквивалентных коэффициентов теплопроводности нагретой зоны: λx=λz=0.35Вт/мос, λy=0.09 Вт/(мос). Оси координат 0х и0z лежат в плоскости плат функциональных ячеек. ось 0y - перпендикулярна плоскостям плат.Для условий теплообмена в ограниченном пространстве коэффициенттеплопередачи излучением aлз может быть принят равным 7 Вт/(м2ос).
Прималой толщине степени (δск=1.5 .... 2мм) тепловым сопротивлением стеноккорпуса, выполненного из металлических сплавов с высоким коэффициэнтом теплопроводности, обычно пренебрегают. Однако если используетсякорпус из пластмассы, то тепловую проводимость стенок σск необходимоучитывать.Для определения конвективного αк и лучевого αл коэффициентовтеплопередачи в условиях неограниченного пространства (теплообмен между наружной стенкой корпуса и окружающей средой) можно воспользоваться монограммами рис.5.9 и рис.5.10.
5.5.2.5.5.3 Тепловое моделирование и расчет теплового режимаблока цифрового РЭС на микросборкахБлоки цифровых РЭС на микросборках обычно выполняются в видеконструкций книжного типа (рис. ). Нагретая зона микроблока состоит изфункциональных ячеек на металлических рамках, выполняющих функциинесущих элементов конструкции и кондуктивных стоков.Процессы теплообмена можно представить тепловой моделью конструкций с источниками тепла, распределенными в объеме (см. раздел 5.5.1).Однако при определении тепловой проводимости между центром иповерхностью нагретой зоны σз в конструкции ФЯ блока (см. рис.5.40)свойство "дальнего порядка" частично нарушается, поскольку не все элементы конструкции имеют одинаковые геометрические формы, не выполняется требование периодичности их размещения. Поэтому параметры модели нагретой зоны в виде однородного анизотропного тела получают наоснове выбора в качестве элементарной тепловой ячейки функциональнойячейки микроблока (система с "ближним порядком").25Как видно из рис.5.40 тепло по направлению X в конструкции ФЯ передается преимущественно через боковые ребра жесткости рамки 1 и печатную плату 2.
Другие элементы конструкции, обладающие относительновысокими коэффициентами теплопроводности, включены последовательнос воздушными прослойками (λв=0,025 Вт/моС).Аналогичен механизм передачи тепла через элементы конструкцииФЯ в направлении У. Основными цепями переноса тепла являются верхнее3 и нижнее 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 3, по которымосуществляется тепловой контакт между ячейками в пакете.Таким образом, тепловые проводимости ФЯ по направлениям осейкоординат:σяx=2λрSр1/lр1; σяy=λр(Sр3+Sр4)/lр3,σяz=(λвнSвн+λрSкнр)/lвнгде λр - коэффициент теплопроводности материала рамки, Sр1, Sр2 ,Sр3 - площади поперечного сечения соответствующих ребер жесткости рамки, lр1, lр3 - длина ребер жесткости, λвн - коэффициент теплопроводностиматериала стягивающих винтов, Sвн - суммарная площадь поперечного сечения винтов, Sкнр - площадь теплового контакта между рамками ФЯ, lвн длина винта в пределах рамки или высота рамки.Тепловые проводимости нагретой зоны по направлениям осей координатσзx=mσяx , σзy=mσяy , σзz =σяz/m,где m - число функциональных ячеек в блоке.Эквивалентные коэффициенты теплопроводносри нагретой зоны понаправлениям координат:26λx=σзxlx/lylz ; λy=σзyly/lxlz; λz=σзzlz/lxly,lxo= lxλoλ,xlyo= lyλoλyгде lx, ly, lz - геометрические размеры нагретой зоны по направлениямкоординат.Эквивалентные размеры нагретой зоны дляlz=lo , lzo=lzЧерез отношения lz/lxo и lz/lyo по графикам рис.П.5.1 находят коэффициент формы нагретой зоны С после чего можно определить тепловую проводимость между центром и поверхностью нагретой зоны σз=4lzlxly/Сlz.5.5.4.
Тепловое моделирование и расчет теплового режима конструкций РЭС с расположенными в плоскостиМодель распространяется на конструкции блоков и модулей РЭС,выполненных на одной плате, закрепленной на кожухе. Упрощенное изображение конструкции приведено на рис.5.41,а тепловая схема - нарис.5.41,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.5.36,а).Однако размещение тепловыделяющих элементов в плоскости даетвозможность при оценке теплового режима ограничиваться расчетом среднеповерхностной температуры нагретой зоны tз, которая с небольшой погрешностью может быть принята в качестве характеристики теплового режима элементов.
Структура тепловых проводимостей на тепловых схемахрис.5.36,б и рис.5.41,б полностью совпадают.275.5.5. Тепловое моделирование и расчет теплового режима конструкций РЭС с естественной вентиляциейЕстественная вентиляция в конструкциях организуется путем перфорации кожухов, что обеспечивает естественное подтекание холодного воздуха к тепловыделяющим элементам и, тем самым, повышает эффективность теплообмена.Интенсивность свободной конвекции с притоком воздуха извне характеризуется коэффициентом перфорацииКп=Sвx/(L1L2),где Sвx - суммарная площадь отверстий в нижней стенке кожуха навходе в блок, L1, L2 - геометрические размеры стенки.Обычно 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 Sвx .Показатели теплового режима блока с перфорированным кожухом могут быть найдены, если известны показатели для блока с естественным воздушным охлаждением без притока воздуха:∆tзоЕВ=Сп∆tзо;∆tзЕВ=Сп∆tз; ∆tкЕВ=Сп∆tк,где ∆tзоЕВ, ∆tзо, ∆tзЕВ, ∆tз, ∆tкЕВ, ∆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 приведен нарис.5.42.Таким образом, конструкции блоков с естественной вентиляцией можно представит тепловыми моделями блоков с глухими кожухами и после28расчета показателей тепловогоестественную вентиляцию.режима - ввести поправку на5.5.6 Тепловое моделирование конструкций с тепловыделяющимиэлементами, размещенными на металлических основанияхДанный класс конструкций объединяет конструкции аналоговой МЭАна микросборках.
Типичный представитель - конструкции в корпусах типа"пенал". Упрощенное изображение конструкции представлено нарис.5.43,а.Бескорпусные микросборки 1 размещены на металлическом основании 2, которое устанавливается в корпус 3.Характерная особенность конструкций - передача тепла от элементовмикросборок к корпусу преимущественно теплопроводностью через внутреннюю тепловую проводимость тепловыделяющих элементов σвн , тепловую проводимость подложки микросборки σп и проводимость клеевого соединения σкл подложки микросборки и основания.
Основание и корпусможно принять за изотермическую поверхность. Передача тепла с поверхности корпуса окружающей среде осуществляется конвекцией и излучением. При условии, что в пределах каждой из n микросборок отсутствует взаимное тепловое влияние между элементами (предусмотрены зоны тепловойзащиты элементов) тепловая схема процесса теплообмена в конструкцииможет быть представлена в виде рис.5.43,б.Критериальными оценками теплового режима конструкции являетсятемпература наиболее теплонагруженного или наименее теплостойкогоэлемента. Температура i-го элемента расположенного на j-ой подложкеможет быть найдена, какtij=tnj+Рij/σвнij29mtnj=tk+ Σ Рij(1/σnj+1/σклj);i=1ntk= tc+ Σ Рj/(σкк+σкл),j=1где Рij - тепловой поток элемента, Рj - суммарный тепловой поток,выделяемый элементами j-й микросборки, m - число элементов на подложке j-й микросборки, n - число микросборок.Значения внутренних тепловых проводимостей для бескорпусных интегральных микросхем и транзисторов берут из технических условий наэлементы или определяют по тепловой схеме рис.4.44,б.
Исходя из способаустановки кристалла на подложке (рис.5.44,а) тепло от активной областикристалла стекает на подложку 3 через кристалл 1 (σкр), слой клея 2 (σкл) ивыводы 4 (σвыв).При известных геометрических размерах элементов и коэффициентахтеплопроводности материалов определение проводимостей кондуктивнойтеплопередачи не вызывает затруднений..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
