4. Расчёт теплового режима

Одним из важнейших факторов, определяющих эксплуатационную надежность ЭА, является тепловой режим, обеспечение которого связано с выбором таких конструкций блока, ячейки и ПП, которые бы не препятствовали, а способствовали рассеиванию теплоты в окружающую среду. Это особенно актуально в связи с постоянным ростом функциональной, конструктивной сложности, тепловыделения ЭРИ, отношения выделяемой тепловой энергии к рассеиваемой в окружающее пространство и повышения температуры внутри ЭА, которое способствует увеличению интенсивности отказов ЭРИ за счет превышения допустимого нагрева ЭРИ.

Для электронной аппаратуры наиболее жестким является стационарный тепловой режим, при котором температура и перегрев имеют максимальные значения. Поэтому целью теплового расчета является определение температур нагретой зоны и температуры наиболее критичного элемента, т.е. ЭРИ, допустимая положительная температура, которого имеет наименьшее значение среди всех ЭРИ, образующих нагретую зону.

Тепловой расчет проводят обычно на уровне блока, в который может входить несколько ячеек, что значительно усложняет и без того громоздкий расчет. Поэтому рассмотрим пример расчета стационарного теплового режима блока при естественной конвекции с целым рядом упрощений, например, что в блоке размещена одна ячейка; вид охлаждения – естественная конвекция и др.

Расчет теплового режима блока условно можно разделить на три этапа:

1. Определение температуры корпуса блока;

2. Определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны;

3. Определение температуры поверхности корпуса ЭРИ.

Будем считать, что в результате проведенных тепловых расчетов 1- и 2-го этапов определены:

• - перегрев корпуса блока во втором приближении относительно окружающей среды;

• - нагрев нагретой зоны во втором приближении относительно окружающей среды.

Этап 3.Расчет температуры поверхности ЭРИ

Рассмотрим пример теплового расчета для ячейки, приведенной на рис.

Определение температуры корпуса микросхемы

Исходные данные: материал ПП – стеклотекстолит. Расположение ЭРИ на ПП – одностороннее. = - теплопроводность материала основания ПП. с₁=19,5 мм; с₂=7,5 мм – размеры корпуса ИМС; - коэффициент теплоотдачи от корпусов микросхем, =30 Вт/(м²*К); - зазор между микросхемой и ПП, = 1 мм; Q_ИСi – мощность, рассеиваемая i-й микросхемой (в нашем случае для всех ИМС одинаковая и равна 0,004 Вт). Толщина ПП h_n=1.5*10^-3 м.

- перегрев корпуса блока во втором приближении относительно окружающей среды; - нагрев нагретой зоны во втором приближении относительно окружающей среды; t_o= 45 ^o C –температура окружающей среды.

Температура корпуса ИМС определяется в такой последовательности.

4.1.Определяем эквивалентный коэффициент теплопроводности модуля, в котором расположена микросхема. Для нашего случая, когда отсутствуют теплопроводные шины для установки ИМС

= ,

где - теплопроводность материала основания ПП.

4.2.Определяем эквивалентный радиус корпуса микросхем

Для

Здесь S_{o ИС} = С₁С₂ – площадь основания микросхемы (с₁=19,5 мм; с₂=7,5 мм – размеры корпуса ИМС).