Раздел 2. Теплофизическое конструирование рэс

Более подробная информация содержится в [1] и [2]. После изучения теоретического материала следует ответить на вопросы для самопроверки, при-веденные в конце раздела, затем следует выполнить лабораторные работы №№ 1 и 2 (только по указанию преподавателя) для специальности 210201.65 очно-заочной формы обучения; № 1 или № 2 (по указанию преподавателя) для специальности 210201.65 заочной формы обучения и специальности 210302.65 (направления 210300.62) очно-заочной формы обучения, а студенты специальности 210302.65 (направления 210300.62) заочной формы обучения лабораторных работ не выполняют. После этого необходимо пройти тренировочный тест № 2. При успешном прохождении тренировочного теста необходимо ответить на вопросы контрольного теста с той же нумерацией.

Изучение материала этого раздела следует начинать с просмотра матери-ала раздела 2 учебного пособия [6], с. 116…136. При этом очень важно вспом-нить определения теплового режима, теплонагруженного и нетеплонагружен-ного режимов, а также стационарного и нестационарного тепловых режимов. Следует вспомнить возможные последствия воздействия пониженных и повы-шенных температур на РЭС и его элементы, приводящие к постепенным и внезапным отказам. В этой же связи необходимо вспомнить определение тер-мостойкости ЭРЭ и элементов конструкции, а также тот факт, что все ЭРЭ, независимо от степени интеграции, и электрорадиоматериалы обладают огра-ниченной теплостойкостью. Различают внутренние и внешние тепловые воз-действия на РЭС. Внутренние - в основном зависят от мощности, рассеиваемой элементами аппаратуры, внешние - от условий эксплуатации. Электрический режим работы РЭС связан с изменениями внутренних тепловых воздействий во времени и пространстве. При исследовании теплового режима РЭС вся аппа-ратура, как правило, делится на отдельные блоки, узлы. Задание рассеиваемой мощности по отдельным конструктивным составляющим характеризует рас-пределение внутренних полей в пространстве и необходимо для учета взаим-ного влияния узлов при определении температурного поля РЭС. Изменение рассеиваемой мощности во времени зависит от режима работы аппарата. Для работы большинства РЭС характерны медленно изменяющиеся внешние тепло-вые воздействия, тепловой режим которых, например, может определяться температурой окружающей среды.

Проблема отвода тепла в РЭС является одной из важнейших проблем конструирования и разработки радиоэлектронных прибо­ров. С появлением БИС с очень высокой плотностью размещения активных элементов на кристалле и с появлением плат, содер­жащих сотни ИС, вопросы обеспечения нормального теплового режима встали перед разработчиками электронной аппаратуры так остро, как никогда прежде.

Следует вспомнить, что разработчика РЭС интересует не тепловой ре-жим вообще, а нормальный (или заданный) тепловой режим; и что очень важно - тепловой ре­жим отдельного элемента считается нормальным, если соблюда­ются два условия: температура элемента (или окружающей эле­мент среды) находится в пределах, определенных паспортом или техническими условиями на него, независимо от изменения окру­жающей аппаратуру среды; температура элемента должна быть такова, чтобы обеспечивалась его работа с заданной надежностью. Первое условие является обязательным для каждого элемента. Второе — специально оговаривается в ТЗ на аппаратуру. Тепловой режим всей аппаратуры считается нормальным, если обеспечивается нормальный тепловой режим всех его элементов без исключения.

Естественное охлаждение, как было уже изучено ранее, используется в РЭС с плотностью тепловых потоков от охлаждаемых поверхностей не более 0,05 Вт/см². Следует вспомнить, что при компоновке необходимо стремиться к равномерному распреде­лению выделяемой мощности по всему объему изделия. Компоненты и узлы с большими тепловыделениями необходимо рас-полагать в верхней части корпуса или вблизи стенок, критичные к перегреву компоненты — в нижней части, защищать тепловыми экранами, а при компоновке аппаратуры необходимо избегать образования «ло­вушек тепла», в которых отсутствуют конвективные потоки воздуха. Для выравнивания темпе-ратуры в каналах, образуемых установленными рядами модулей, должны быть зазоры не менее 30 мм.

Далее необходимо вспомнить характер и схемы построения других сис-тем охлаждения. Важным моментом для дальнейшего изучения материала яв-ляется выбор способа охлаждения [6], с. 134…136. Следует обратить внимание на критерии (основные показатели) выбора способа охлаждения на ранних ста-диях проектирования. Этими же графиками Вам придется пользоваться при решении первого этапа курсовой работы.