7.2. Обеспечение нормального теплового режима рэс

Для обеспечения нормального теплового режима конструкции РЭС и его отдельных элементов возможно использование различных методов и вариантов их конструктивной реализации.

7.2.1. Конструктивная реализация способов охлаждения

В зависимости от плотности компоновки РЭС, степени теплонагруженности ее элементов используют различные способы обеспечения заданных тепловых режимов.

Наиболее простыми являются конвективные системы. При естественном воздушном охлаждении герметичных блоков РЭС из-за разной плотности горячего и холодного воздуха происходит его перемешивание.

Рисунок 8.3 – Перемешивание воздуха

Эффективность естественной конвекции может быть увеличена за счет применения отверстий в кожухе, через которые более холодный воздух снаружи будет заходить в блок, а более нагретый - в окружающее пространство.

Рисунок 8.4 – Перемешивание воздуха

Вентиляционные отверстия выполняются в различных вариантах:

А) Металлическая сетка	Б) Перфорация	В) Жалюзи	Г) Вентиляционные грибки

Рисунок 7.5 – Варианты перфорации

Принудительное воздушное охлаждение используют для интенсификации теплообмена.

Рисунок 7.6 – Перемешивание воздуха вентилятором

Рисунок 7.7 – Принудительная вентиляция приточного или вытяжного типа

Жидкостные и испарительные системы более эффективны, т.к. у жидкости плотность и теплопроводность значительно больше воздуха.

Элементы установленные в жидкость отдают ей свою тепловую энергию при естественной конвекции или кипении. Жидкости должны быть инертны и нетоксичны: фреон, спирт, этиленгликоль с Т кипения примерно 25С.

Рисунок 7.8 – Внутреннее перемешивание с кипением

Внутреннее перемешивание жидкости повышает эффект внутреннего теплообмена, а наличие теплообменников - внешнего.

Рисунок 7.9 – Внешнее перемешивание

С помощью кондукции можно довольно простыми конструктивно-компоновочными решениями отвести тепло от греющихся элементов. В миниатюрных блоках это практически единственный способ охлаждения.

Рис. 7.10 – Применение теплообменников или радиаторов

Рисунок 7.11 – Применение теплостока в виде бронзовых плоских пружин или металлического шнура

На эффективность теплоотдачи оказывает влияние шероховатость поверхности, контактное давление (самонарезающие винты), теплопроводность материалов (медь, алюминий), покрытия. Применение пластичных прокладок с большой теплопроводностью (свинцовые, медные, алюминиевые, бронзовые) снижает контактное тепловое сопротивление вдвое, заполнение воздушных прослоек теплопроводящей пастой - в 1,5 раза.

Среди жидкостных систем особое место занимают тепловые трубы, используемые для локального охлаждения.

Рисунок 7.12 – Тепловая трубка

Трубка представляет собой металлический корпус 1, внутри которого пористый фитиль 2, заполненный жидкостью с низкой температурой кипения. При нагреве локального участка трубки жидкость, находящаяся в порах фитиля вблизи этого участка, нагревается тоже; при превышении температуры нагрева выше температуры кипения, жидкость испаряется и пар перемещается внутри к более холодному концу трубы. При охлаждении пар превращается в жидкость и по капиллярам фитиля двигается к нагретому концу трубки. Таким образом, тепло переносится от нагретого конца трубы к холодному.

Подобные трубки применяют для охлаждения больших гибридных ИС (БГИС) внутри РЭС (рисунок 7.13).

Рисунок 7.13 – БГИС с тепловой трубкой

БГИС на поликоровой подложке 2, составленная из бескорпусных приборов на балочных выводах 1, размещается на алюминиевом основании 3, закрепленном на алюминиевой охлаждающей трубке 5 с циркулирующим хладоагентом. Охлаждающая трубка размещена на коммутационной плате 6, на которую же подходят выводы навесными проводниками 4 от БГИС.

Для улучшения теплоотвода от несущих конструкций применяют металлические печатные платы.

1 - алюминиевая плата; 2 - изоляционный слой;

3 - металлизированные отверстия; 4 - печатная схема

Рисунок 8.14 – Металлическая плата

Повышение плотности компоновки приводит к тому, что естественное воздушное охлаждение становится неэффективным. Интенсификация охлаждения достигается увеличением теплоотводящей поверхности - созданием на ней ребер. Ребра выполняются как на кожухе и шасси, так и в виде самостоятельных конструктивных деталей, называемых радиаторами.

Теплоотводящие радиаторы различаются между собой формой ребер и мощностью теплового рассеяния. Наибольшее распространение в РЭС получили радиаторы с ребрами пластинчатой, ребристой, штырьковой, игольчатой форм и спиральной.

Рисунок 7.15 – Пластинчатые радиаторы

Пластинчатые радиаторы изготавливают из стали или алюминия толщиной от 2 до 6 мм. Из-за малой эффективности применяют для небольших мощностей.

Рисунок 7.16 – Ребристые радиаторы

Ребристые радиаторы эффективнее пластинчатых. Изготавливаются из алюминиевых и магниевых сплавов.

Рисунок 7.17 – Штырьковые радиаторы

Штырьковые радиаторы имеют более высокий коэффициент теплообмена, чем ребристые. Изготавливаются литьем под давлением.

Рисунок 7.18 – Игольчатые радиаторы

Игольчатые радиаторы эффективнее штырьковых, но сложнее в изготовлении и дороже.

Рисунок 7.19 – Спиральные радиаторы

Спиральные радиаторы при одинаковой с игольчатой площадью S имют в 2,5 раза меньший объем и в этом смысле - более эффективны.

Расчет радиаторов сводится к определению их геометрических размеров по заданной мощности теплового рассеивания, максимально допустимом нагреве охлаждаемого элемента и температуре окружающей среды.

Эффективность радиаторов находится в прямой зависимости от количества и размера ребер и их расположения. Минимальная толщина ребра определяется технологическими возможностями литья, а минимальный размер между стенками ребер рекомендуется не менее 4...6 мм для теплообмена. Для улучшения теплового контакта радиаторы устанавливают на алюминиевые, свинцовые, оловянные прокладки, а для электроизоляции - оксидируют контактную поверхность или ставят на прокладки из оксидированного алюминия. Для улучшения турбулентности воздуха ребра покрывают лакокрасочным покрытием.