5.4. Заключение

В этом разделе излагаются результаты проведенных расчетов с точки зрения обеспечения нормальных тепловых режимов РЭС. Анализируется соответствие полученных результатов требованиям технического задания. Проводится анализ полученных тепловых характеристик. Даются рекомендации по улучшению теплового режима данной конструкции РЭС. Сравниваются результаты; расчетов при ручном проведении и при использовании ЭВМ.

5.5. Список литературы

В список литературы включаются только те литературные источники, которые были использованы при выполнении работы и на которые имеются ссылки. Список литературы оформляется согласно ГОСТ 7.1 -84.

Для книг указывается: фамилия и инициалы авторов, название, место издания, издательство, год издания, количество страниц (см. список литературы настоящих указаний).

Для статей из сборников -- фамилия и инициалы авторов, название статье, название книги, место издания издательство, год издания, страницы текста.

Например: Краснощекова Г.Ф. Трансформация разноразмерного цифрового моделирования в одноразмерное при расчете тепловых полей многокомпонентных структур // Комплексная миниатюризация РЭА и ЭВА: Межвузовский сборник. - Казань: КАИ, 1985. - С.70 - 74.

Для статей из журналов - фамилия и инициалы авторов, название статьи, название журнала, год издания; номер журнала или выпуска, страницы текста. Например: Спокойный Ю.Е., Бойские И.А. Оценка стационарных тепловых режимов гибридных интегральных схем // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО. - 1970. - Вып. 1. - С.3-7.

6. Оформление курсовой работы

Расчетно-пояснительная записка (РПЗ) оформляется на листах формата А4 по ГОСТ 9327. Допускается представление иллюстраций, таблиц и распечаток с ЭВМ на листах формата A3.

Текст РПЗ выполняется одним из следующих способов:

- машинописный через 1,5 интервала;

- с применением печатающих и графических устройств вывода ЭВМ;

- рукописным с высотой букв не менее 2,5 мм. Текст РПЗ следует писать.(печатать), соблюдая следующие размеры полей: левое - не менее 30 мм, правое - не менее 10 мм, верхнее - не менее 15 мм, нижнее - не менее 20 мм. Цифры и буквы необходимо писать четким почерком, тушью, чернилами или пастой, только одного цвета (черного, синего или фиолетового).

Иллюстрации (чертежи, графики, схемы, диаграммы, рисунки, фотоснимки, эскизы) располагаются как по тексту РПЗ (возможно ближе к соответствующим частям текста), так и в конце его или в приложении. Иллюстрации должны быть выполнены в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД, СПДС. Иллюстрации, за исключением иллюстраций приложений, нумеруются арабскими цифрами сквозной нумерацией. Допускается нумеровать иллюстрации в пределах раздела. При ссылках на иллюстрации следует писать: «... в соответствии с рисунком 2». Слово «Рисунок» и наименование помещают после пояснительных данных и располагают следующим образом: Рисунок 1 -Детали прибора.

Страницы РПЗ следует нумеровать арабскими цифрами, соблюдая сквозную нумерацию по всему тексту РПЗ. Номер страницы проставляют в правом верхнем углу без точки в конце. Титульный лист имеет номер один, который не проставляют. Иллюстрации и таблицы, расположенные на отдельных листах, и распечатки с ЭВМ, содержание, введение, заключение включают в общую нумерацию страниц РПЗ.

Разделы должны иметь порядковые номера в пределах РПЗ, обозначенные арабскими цифрами без точки и записанные с абзацного отступа. Подразделы должны иметь нумерацию в пределах каждого раздела. Номер подраздела состоит из номеров раздела и подраздела, разделенных точкой. В конце номера подраздела точка не ставится. Разделы, как и подразделы, могут состоять из одного или нескольких пунктов. Если РПЗ не имеет подразделов, то нумерация пунктов должна быть в пределах каждого раздела и номер пункта должен состоять из номеров раздела и пункта, разделенных точкой. В конце номера пункта точка не ставиться, например:

1 Типы и основные размеры

1 .1

1.2 Нумерация пунктов первого раздела РПЗ

1.3

2 Технические требования

2 .1

2.2 Нумерация пунктов второго раздела документа

2.3

Если РПЗ имеет подразделы, то нумерация пунктов должна быть в пределах подраздела и номер пункта должен состоять из номеров разделов, подраздела и пункта, разделенных точками, например:

3 Методы испытаний

3.1 Аппараты, материалы и реактивы

3 .1.1

3.1.2 Нумерация пунктов первого подраздела третьего раздела РПЗ

3.1.3

Расстояние между заголовком и текстом при выполнении РПЗ машинописным способом должно быть равно 3, 4 интервалам, при выполнении рукописным способом -15 мм. Расстояние между заголовками раздела и подраздела - 2 интервала, при выполнении рукописным способом - 8 мм. Каждый раздел РПЗ рекомендуется начинать с нового листа (страницы). Содержание включает в общее количество листов РПЗ. Слово «Содержание» записывают в виде заголовка (симметрично текста) с прописной буквы. Наименования, включенные в содержание, записывают строчными буквами, начиная с прописной буквы. Введение и заключение не нумеруется как разделы.

В тексте РПЗ не допускается (ГОСТ 2.105):

- применять для одного и того же понятия различные научно-технические термины, близкие по смыслу (синонимы), а также иностранные слова и термины при наличии разнозначных слов и терминов в русском языке;

-сокращать обозначения единиц физических величин, если они употребляются без цифр, за исключением единиц физических величин в заголовках и боковинах таблиц и в расшифровках буквенных обозначений, входящих в формулы и рисунки;

• применять сокращения слов, кроме установленных правилами русской орфографии, пунктуации, а также соответствующими государственными стандартами;

• использовать в тексте математический знак минус (-) перед отрицательными значениями величин. Вместо математического знака (-) следует писать слово «минус»;

• применять без числовых значений математические знаки, например, > (больше), < (меньше), = (равно), ≥ (больше или равно), ≤ (меньше или равно), ≠ (не равно), а также знаки № (номер), % (процент);

• применять индексы стандартов (ГОСТ, ОСТ, СТП), технических условий (ТУ) и других документов без регистрационного номера;

• применять обороты разговорной речи, технизмы, профессионализм;

• применять производные словообразования;

• применять знак «Ø» для обозначения диаметра (следует писать слово «диаметр»).

В формулах и уравнениях в качестве символов следует применять обозначения, установленные соответствующими государственными стандартами. Пояснение значений символов и числовых коэффициентов следует приводить непосредственно под формулой в той, же последовательности, в которой они даны в формуле. Значение каждого символа и числового коэффициента следует давать с новой строки. Первую строку пояснения начинают со слова «где» без двоеточия.

Формулы, следующие одна за другой и не разделенные текстом, разделяют запятой. Переносить формулы не следующую строку, допускается на знаках выполняемых операций, причем знак в начале следующей строки повторяют. Формулы, за исключением формул, помещаемых в приложении, должны нумероваться сквозной нумерацией арабскими цифрами, которые записывают на уровне формулы справа в круглых скобках. Допускается нумерация формул в пределах раздела. В этом случае номер формулы состоит из номера раздела и порядкового номера формулы, разделенных точкой, например, (3.1).

Ссылки на источники следует указывать порядковым номером по списку источников выделенных двумя косыми чертами. Описание источников осуществляется по правилам, определяемым ГОСТ 7.1-84. В списке литературы сведения о документах следует располагать в порядке появления ссылок на источники в тексте РПЗ и нумеровать арабскими цифрами с точкой. В тексте РПЗ допускаются ссылки на стандарты, технические условия и другие документы при условии, что они полностью и однозначно определяют соответствующие требования.

Таблицы, за исключением таблиц приложений, следует нумеровать арабскими цифрами сквозной нумерацией. При переносе части таблицы на ту же или другие страницы название помещают над первой частью таблицы. Допускается нумеровать таблицы в пределах раздела. В этом случае номер таблицы состоит из номера раздела и порядкового номера таблицы, разделенных точкой. Слово «Таблица» указывают слева над таблицей;

Т аблица -

номер название таблицы

(при необходимости)

Приложения, выполняют на листах формата А4. Допускается приложение оформлять на листах формата A3, А4хЗ, А4х4, А2 и А1 по ГОСТ 2.301. Приложение должно иметь заголовок который записывают симметрично относительно текста с прописной буквы отдельной строкой. Приложение обозначают заглавными буквами русского алфавита, начиняя с А, за исключением букв Е, 3, Й, О, Ч, Ь, Ы, Ъ. После слова «Приложение» следует буква, обозначающая его последовательность. Допускается обозначение приложений буквами латинского алфавита, за исключением букв I и О. Иллюстрации, таблицы и формулы в приложениях нумеруют в пределах Каждого приложения. Приложения должны иметь общую с остальной частью РПЗ сквозную нумерацию страниц.

7. Литература, рекомендуемая для выполнения курсовой работы с указанием содержания разделов, посвященных расчетам тепловых режимов блоков и элементов РЭС.

7.1 Роткоп Л. Л., Спокойный Ю. Е, Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА. - М.: Совр. радио, 1976. - 232с.

7.1.1 Расчет теплового режима "больших" элементов

На страницах 64 - 73 приведён расчёт теплового режима «больших» элементов. Особенностью этих конструкций наличие оребренной поверхности теплообмена. Поэтому методы теплового и аэродинамического расчёта больших элементов РЭА сводятся главным образом к расчёту оребренных (в частном случае гладких) поверхностей.

Мощность рассеивания поверхностью элемента, определяется по формуле (3.1) - (3.3). Где обозначено: TиS отношения к оребренной поверхности; k - коэффициент теплоотдачи Т_с средняя температура теплоносителя; ξ - коэффициент эффективности ребра (при отсутствии оребрения ξ =1). Входящие в управление (3.1) величины Р, k, Т_с, ξ и S обычно заданы. Величина k зависит от интенсивности теплообмена а и термического сопротивления слоя краски или покрытия на поверхности охлаждения δn/λn (3.2), где а учитывает передачу тепла конвекцией излучением; ; U-периметр сечения ребра; F-площадь поперечного сечения ребра; λ- коэффициент теплопроводности ребра; h-высота ребра (рисунок 3.1 и 3.2); у ребер круглого сечения (рисунок 3.1,6) ; у ребер прямоугольного сечения, когда длина ребра значительно меньше его толщины (рисунок 3.1, в) ; d-диаметр сечения, δ - толщина ребра.

Большие трудности возникают при определение конвективного коэффициента теплообмена (как в однородной, так и в двухфазной среде), поэтому более подробно методы его определения при различных способах охлаждения рассмотрены на страницах 65 - 69. Расчет конвективного теплообмена проведен по формулам: (3.5)-(3.6)_, где N_u-критерий Нуссельта; lо – определяющий размер.

При естественном воздушном охлаждении критерий Нуссельта определяется одной из формул (3.6), (3.7) сведенных в таблицу 3.1.

Для горизонтальной пластины, обращенной охлаждаемой поверхностью вверх, коэффициент увеличен на

30% по сравнению с величиной, найденной из уравнений (3.3) и (3.6).

На странице 66, на рисунке 3.1 приведены формулы для определения критерия N_u при естественной конвекции. В таблице 3.2 приведен порядок расчета теплового режима оребренной поверхности при естественной конвекции (исходные данные): Р, геометрический размер поверхности охлаждения; , Т_с, Н, ε, δn, λn).

На страницах 67 - 69 приведен пример определения средней температуры большого элемента, установленного на пластинчатом радиаторе с вертикально расположенными ребрами, в условиях естественной конвекции.

При принудительном воздушном охлаждении за температуру охлаждающего воздуха в формуле (3.1) принимается средняя в пределах теплоотдающей поверхности температура воздуха: (3.9), где Т_с- температура воздуха на входе в элемент; С_р- удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении; G- массовый расход охлаждающего воздуха,

Критерий Нуссельта в этом случае определяется по одной из следующих формул:

1. При продольном обтекании пластины, цилиндра: (3.10), где Re-Wlо/v- критерий Рейнольдса, W- средняя скорость воздуха.

2. Для одного цилиндра с гладкими продольными ребрами (рисунок, 3.1, а) при движении турбулентного потока воздуха в осевом направлении: (3.11), где D- длина ребра (рисунок 3.1, a); F -сечение канала для прохода воздуха; L- смоченный периметр.

З. Для одного цилиндра с поперечными ребрами прямоугольного сечения, плотно охваченным кожухом воздушного канала (рисунок 3.1, б): (3.12)-(3.13), где J1 (х)-функция Бесселя мнимого аргумента первого рода и первого порядка; δ - толщина ребра; h_р- средняя высота ребер; S_p-, шаг ребер вдоль оси цилиндра; b-зазор между ребрами;D₂- диаметр цилиндра; D -диаметр ребра (рисунок 3.1,6).

4. Для петельно-проволочных радиаторов (рисунок 3.3): (3.15), где а, с и m являются функциями параметров S1/d,S2/d.h/d,L/d и φ; S₁ -средний поперечный шаг оребрения, определяемый через расстояние между осями проволочек в самой спирали S1 и расстояние между осями проволочек по зазору между спиралями S1;S₂ -средний продольный шаг оребрения; d-диаметр проволочки; L- длина основания; h- условная высота петли (рисунок 3.3).

На странице 71, на рисунке 3.4 приведены значения коэффициентов для расчета петельно-проволочных радиаторов. На рисунке 3.5 приведены также значения коэффициентов для расчета петельно-проволочных радиаторов.

На страницах 72-73 приведен пример определения средней температуры "большого" элемента, установленного на штыревом радиаторе.

На странице 72, на рисунке 3.6 показаны размеры и характеристики стандартного радиатора.

7.1.2 Влияние тепловых параметров дискретных элементов на тепловой режим РЭА.

На страницах 73 - 84 рассматривается влияние тепловых параметров дискретных элементов на тепловой режим РЭА.

По формулам (3.16)-(3.20) определяют, как зависят характеристики РЭА от допустимого теплового режима. На рисунке 3.7 (страница74) приведена упрощенная тепловая схема РЭА. В этих уравнениях обозначено: Т_i - температура поверхности i-ro тела; T_imp⁽³⁾ - допустимая температура элемента, приведенная к поверхности нагретой зоны; S_a- поверхность нагреваемой зоны РЭА.

Уравнения (3.18) — (3.20) связывают основные тепловые параметры РЭА: удельную рассеиваемую мощность и допустимые температуры. Другие параметры РЭА: масса (или объем), надежность, потребляемая мощность - в той или иной степени зависят от значения удельной рассеиваемой мощности.

Уравнение (3.20) позволяет определить влияние конструкции РЭА, системы охлаждения и тепловых характеристик элементов на основной параметр аппарата - допустимую рассеиваемую мощность. Уравнения (3.21 )-(3.24) позволяют оценить какая доля допустимого перегрева температуры, приходится на элемент и какая на блок.

На рисунке 3.8 (страница 76) условно показано, как распределяется температурный перепад между р-n - переходом транзистора и окружающей средой при работе транзистора в составе аппаратуры.

В таблице 3.3 (страница 77) показано распределение перегревов в РЭА с транзисторами средней и большой мощности (kн=0,8, Т_c=298 К(25°С)). Из таблицы следует, что 65-80% допустимого по техническим условиям полного температурного перепада приходится на транзистор и только 20-30% на РЭА.

На странице 78 в таблице 3.4 показано распределение перегревов в РЭА с транзисторами малой мощности (kн=0,8, Т_с=298 К(25°С)).

Улучшение тепловых характеристик на а% приведет к возможности увеличения удельной рассеиваемой мощности аппарата в L_э раз. Улучшить тепловые характеристики транзистора на а%- значит увеличить на этом допустимую температуру р-n - перехода и уменьшить сопротивление переход - корпус. Тогда из (3.20): (3.26)-(3.29).

На странице 79 в таблице 3.5 приведены средние значения теплопроводности аппаратов при двух видах воздушного охлаждения, а на рисунке 3.11 показано влияние относительного изменения тепловых характеристик транзистора и РЭА.

На странице 80 в таблице 3.6 приводится сопоставление тепловых параметров германиевых и кремниевых транзисторов.

На странице 81 в таблице 3.7 представлены транзисторы средней и большой мощности с имеющимися и улучшенными тепловыми характеристиками, а в таблице 3.8 представлены транзисторы малой мощности с имеющимися и улучшенными тепловыми характеристиками. В таблицах 3.7, 3.8 представлены данные исследований, которые позволяют прогнозировать возможность улучшения тепловых характеристик транзистора.

7.1.3 Расчет теплового режима микроминиатюрных элементов.

На страницах 84-89 представлен расчет теплового режима микроминиатюрных элементов.

Данный параграф в книге посвящен методам расчета, теплового режима ГИС.

Существующие ГИС подразделяются на корпусные и бескорпусные. Герметизация корпусных ГИС выполняется в трех вариантах:

- В металлическом корпусы сваркой или пайкой,

(металлостеклянные корпуса), конструкция этой группы показана на рисунке 3.13;

- В металлическом корпусе при помощи компаунда, (металлополимерные корпуса), их конструкции представлены на рисунке 3.14;

- В неметаллических корпусах (полимерных, керамических и др.).

Бескорпусные ГИС могут быть выполнены заливкой компаундом, покрытием лакокрасочными материалами. Обволакиванием.

Конструктивные и теплофизические параметры корпуса, подложки, компаундов во многом определяют интенсивность теплообмена между элементами и наружной поверхностью ГИС. Этот теплообмен осуществляется преимущественно кондукцией.

При выборе тепловой модели ГИС принимают следующие допущения:

1.Влиянием теплопроводности и толщены ∆₃ тонких пленок на температурное поле ГИС можно пренебречь. Пленочные тепловыделяющие элементы заменяются плоскими (∆ →0) источниками тепла.

2.Навесные тепловыделяющие элементы заменяются плоскими источниками тепла с той же мощностью рассеивания с учетом

дополнительного теплового сопротивления между критической зоной элемента (например, р-n - переходом) и поверхностью подложки.

3.Корпус (основание) ГИС герметичен.

4.Влиянием выводов на избыточное температурное поле (относительно температуры корпуса) ГИC можно пренебречь.

При математической постановке задачи примем дополнительно

1. Коэффициенты теплопроводности материалов подножки λn и компаунда (или клея) λ_к постоянны в исследуемом диапазоне температур.

2. Теплоотдачей через газовую прослойку внутри ГИС можно пренебречь. Положим, что суммарный коэффициент теплоотдачи с поверхности подложки равен нулю (а = 0).

Температурное поле, создаваемое прямоугольным источником тепла, определяется системой уравнений (3.34), с граничными условиями (3.35) -(3.36), где = -Tk ; = - Tk ; , - текущие температуры; Т_к -температура корпуса (основания) ГИС; W - поверхностная; плотность тепловыделений, для прямоугольного источника тепла W=P/4∆1∆2; P -мощность, рассеиваемая в источнике тепла; h-hn+hk. Обозначение геометрических параметров приведены на рисунке 3.15.

Система уравнений (3.34) с граничными условиями (335) является частным случаем более общей задачи определения температурного поля в двухслойном параллелепипеде при а ≠ 0 и ∆₃≠ 0.

Решение системы уравнений (3.34) с граничными условиями (3.36) имеет вид: (336).

Выражение для расчета температурного поля, создаваемого плоским источником тепла на поверхности подложки (z=h), для конструкции ГИС типа II-3, имеет вид: (3.37).

Выбрав в качестве исходного выражения (3.37), проведя в нем замену координат хо= х-0.5π; уо=у-0.5π и положив ε = η-0.5π, получим (3.39). Выражение (3.39) описывает температурное поле на поверхности двухслойного параллелепипеда и началом координат.

Выражение для расчета температурного поля, создаваемое плоским прямоугольным источником тепла на поверхности двухслойной пластины имеет вид (3.41),где rt - полное термическое сопротивление двухслойной стенки (пластины).

На основании анализа температурных полей, создаваемых одиночным источником тепла, примем следующие правила расчета.

1. Назовем зоной влияния элемента, окружающую этот элемент часть подложки, за пределами которой перегревы, создаваемые рассматриваемым элементом, не превышают некоторой достаточно малой наперед заданной величины и могут не приниматься во внимание.

2. Перегрев тепловыделяющего (i-ro) элемента ГИС Vi , вызванный действием в нем мощности, характеризуется температурой в центре элемента: (3.53), где V_u - величена, определяемая параметрами подложки l1 и 1₂ на температурное поле источника.

Величина V_u определяется по формулам (3.54)-(3.56).

В формулах (3.53)-(3.55) плюс соответствует конструкции ГИС типа II-3, а минус конструкции ГИС типа II-2.

На рисунке 3.19 (страница 93) показаны зависимости погрешностей определения поля температур от относительной мощности источников

На страницах 94-95 оговариваются правил определения зон влияния тепдовыдедяющих элементов. На основе которых на странице 95 представлена методика расчета тепловых расчетов ГИС.

На странице 95, на рисунке 3.21 показана зависимость коэффициентов зон влияния от расположения и относительной мощности источников.

7.1.4 Определение оптимальных коэффициентов нагрузки элементов РЭА

На страницах 99-127 рассматриваются определения оптимальных коэффициентов нагрузки элементов РЭА.

На странице 100 на рисунке 3.24 приведена гистограмма распределения относительной массы элементов в блоках, а на рисунке 3.25 приведена гистограмма распределения относительного объема элементов в блоках.

Задача выбора типов и коэффициентов нагрузки элементов математически записывается: (3.64)-(3.65), где gijk, vij_k, сijk - масса, объем и стоимость i-го элемента j-гo типа k - м коэффициентом нагрузки; G, V, С -зданный вес, объем и мощность РЭА; φ{i,j,k) - показатель надежности; F(φ{i,j,k))) функция, определяющая надежность РЭА через показатели надежности ее элементов.

Если пользоваться простыми показателями надежности (см. l.3), тогда вместо (3.65) следует записать (3.66).

На страницах 103-106 обсуждаются основные упрощения, которые вводятся в задачу выбора элементов РЭА.

На странице 107 на рисунке 3,26 приведены гистограммы распределения мощности элементов РЭА. Анализ приведенных на этом рисунке гистограмм показывает, что для рассмотренных элементов РЭА закон распределения мощности рассеивания близок к экспериментальному.

Выражения (3.109) и (3.115) или (3.114) (З.116) являются упрощенными решениями задачи об оптимальном выборе коэффициентов нагрузки для группы элементов РЭА.

Интенсивность отказов для группы элементов РЭА определяется формулой (3.79). Переходя в этой формуле от дискретных величин к непрерывным и заменяя операцию суммирования операцией интегрирования, получим: (3.117). После подстановки в (3.17) значений дифференциальной функции распределения коэффициентов нагрузки из (3.100), (3.109) и (3.114), решений интегралов (3.17) и сравнение этих решений, мы можем оценить погрешности, вносимые упрощенными формулами в решение второй задачи. Относительные ошибки рассчитываются на ЭВМ по формулам (3.1118)-(3.120), где λj - интенсивность отказов группы элементов РЭА при распределении коэффициентов нагрузки f по формуле (3.100); - то же, но с распределением нагрузки по формуле (3.109); - то же, но с распределением нагрузки по формуле (3.114). Результаты расчетов приведены в таблице 3.12, причем верхняя строчка цифр соответствует (3,118), нижняя - (3.119); нули в таблице 3.12 соответствуют относительной ошибке, меньшей 00.1.

На станице 119 в таблице 3.13 дана разбивка элементов РЭА на группы и значения коэффициентов в формулах (З.121) и (3.126). Для элементов не приведенных в таблице 3.13, необходимо выполнить операции по (3 124) и (3.131).

На страницах 118-124 приведена методика расчета для облегчения проведения операций по выбору оптимальных коэффициентов нагрузки элементов РЭА.

7.1.5 Обеспечение заданного теплового режима при проектировании микроминиатюрных элементов.

На страницах 127-139 рассматривается обеспечение заданного теплового режима при проектировании микроминиатюрных элементов.

Этот вопрос рассматривается на примере проектирования гибридных интегральных схем (РИС).

Максимально возможная температура навесного (термокритичного) элемента Тн max оценивается по формам (3.150)-(З.156), где Рн max - максимальная мощность, рассеиваемая в наиболее нагруженном навесном элементе; R_{T Вн} - внутреннее тепловое сопротивление навесного элемента; Rтн- тепловое сопротивление между р-n - переходом навесного элемента и корпусом ГИС. Формулы (3.154) и (3.156) относят к случаю, когда рассматриваемый пленочный элемент находится вне зоны влияния других элементов.

Выражения (3.150)-(3.156) позволяют оценить максимально возможные температуры элементов при наиболее нагруженном и облегченном тепловых режимах термокритичных элементов.

Выражение для оценки W_max, Рн _max, T_{k max} получают из (3.150) и (3.151) с учетом (3.149): (3.1 57)-(3.162).

На странице 130 приведен пример оценки величины W для конструкции ГИС, описывается в примере _ss3.3. Качество конструкции ГИС с точки зрения тепловых режимов можно оценить ее термическим сопротивлением r_т: чем меньше г_т, тем лучше конструкция.

Выражение для оценки величины термического сопротивления r_max конструкции, при которой обеспечивается заданный тепловой режим, получают из (3.157)-(ЗЛ62) с учетом (3.152):

1. В случае произвольной с точки зрения тепловых режимов ГИС: (3.163)

2. В случае расположения элементов таким образом, что каждый термокритичный элемент находится вне зоны влияния других элементов, то (3.164)-(3.166).

Выражения (З.163)-(3.166) рассчитать величину г_{т MAX} из условия обеспечения заданного теплового режима.

Параметры W_max, P_{H max}, Tk _max и R_{T вн} в этом случае являются заданными.

На странице 131 рассматривается зависимость термического сопротивления от конструкции и теплофизических характеристик ГИС:

• Для не залитых конструкций ГИС (3.168);

• Для залитых конструкций ГИС (3.169), где h₃ - толщина слоя компаунда между поверхностью подложки и крышкой ГИС; λ_к1- коэффициент теплопроводности компаунда, используемого для заливки.

На странице 131 на рисунке 3.27 приведены зависимости rт = f(h_k /λ_k)для распространенных не залитых конструкций ГИС: область I соответствует_конструкциям ГИС типа II-3, а область II- конструкции типа II-2 (смотри § 3.3).

На этой же странице на рисунке 3.28 приведены зависимости r_T=f(h3/λk1) при λк=0.3 Вт/м-к для распространенных залитых конструкций ГИС.

Проектирование пленочных резисторов предусматриваем расчет их геометрических размеров и размещение на подложке, по формулам (3.170)-(З.172), где b_р- ширена резистора; R- наминал резистора; Womax – допустимая удельная мощность рассеяния в резистивной пленке - вспомогательная расчетная величина, определенная из условия обеспечения заданного теплового режима; величину Womax можно определить из соотношений (З.157) и (З.158); WmaxН - максимально возможная удельная мощность рассеяния на основании навесных элементов ГИС.

Выбор величин Wmax и Womax при проектировании топологии ГИС производится исходя их схематических требований с учетом ограничений, обусловленных, с одной стороны, заданным тепловым режимом, с другой -минимально возможными размерами элементов.

Проектирование регистров по формуле (З.170) с учетом соотношений (3.171), (3.172) обеспечивает получение заданного теплового режима с некоторым запасом, так как предполагается, что область расположения резисторов представляет собой сплошной неограниченный источник тепла с равномерно распределенной по поверхности плотностью тепловыделений, равной Womax

Расчет геометрических размеров с учетом сказанного из условия обеспечения, заданного теплового режима производится в следующем порядке:

1. В результате оценки теплового режима ГИС с учетом технологических ограничении определяется величина Wmax и выбирается метод проектирования топологии.

2. Определяется величина Womax по формуле (3.171).

3. Определяется расчетная ширина для каждого из резисторов по формуле (3.170) и с учетом технологических ограничений уточняются размеры резисторов.

Для дальнейшего уменьшения размеров особо мощных резисторов, у которых Кiδx ≥ 0.5 и K ≤7, расчет продолжается в следующем порядке:

1. Определяется величина n_м по графику (рисунок 3.29).

Определяются размеры резистора с учетом технологических ограничений из условия, что его ширина в≤ вр /nм .

2. Определяются размеры зоны теплового воздействия по графику, представленному на рисунке 3.31.

3. Производится расчет теплового влияния на мощный резистор остальных элементов ГИС по методике, изложенной, в ss3.3. Если это влияние значительно, то размеры мощного резистора увеличиваются и расчет повторяется до выполнения условия Эр ≤ (T_{R mаx доп} -T_k),

Если W_max < W_max < W_max , то для обеспечения заданного теплового режима необходимо наложить ограничения на взаимное расположение элементов ГИС. В этом случае каждый термокритичный элемент или группа однотипных термокритичных элементов отделяется от пленочных резисторов зонами защиты.

На странице 139 на рисунке 3.35 показана зависимость коэффициентов для. определения ширины зон защиты от относительного перегрева; а -двусторонняя защита; б - защита по периметру.

На странице 138 приведен пример расчета ширины зон защиты для пленочного конденсатора и транзистора в конструкции ГИС, описанного в примере _ss3.3.

7.1.6 Порядок расчета теплового режима блока в герметичном корпусе.

На страницах 158-160 приведен порядок расчета теплового режима блока в герметичном корпусе.

Расчет производится согласно 19 пункта, подробно описанных на этих двух страницах. На странице 159 на рисунке 4.11 приведена гистограмма погрешностей расчета перегревов нагретой зоны: n/n₀- относительное число блоков, а на рисунке 4.12 приведена гистограмма погрешностей расчета перегревов элементов: n/n₀- относительное число элементов.

Расчет проводится по формулам (4.58)-(4.67), где Р_эл- мощность, рассеиваемая элементом (узлом), температуру которого требуется определить; S_3л- площадь поверхности элемента (вместе с радиатором), омываемая воздухом; Т_с- температура окружающей блок среды.

7.1.7 Порядок расчета теплового режима блока в герметичном корпусе с внутренним перемешиванием

На странице 160 приведен порядок расчета теплового режима блока в герметичном корпусе с внутренним перемешиванием. Расчет проводится по формулам (4.68)-(4.70), согласно 18 пунктам.

7.1.8 Порядок расчета теплового режима блока в герметичном корпусе с наружным обдувом.

На страницах 160-161 приведен порядок расчета теплового режима блока в герметичном корпусе с наружным обдувом. Расчет проводится по формулам (4.71)-(4.73), согласно алгоритму состоящему из 13 пунктов. На странице 161 на рисунке 4.13 показаны семы блока в герметичном исполнении.

7.1.9 Порядок расчета теплового режима блока в герметичном оребренном корпусе.

На страницах 161-162 приведен порядок расчета теплового режима блока в герметичном оребренном корпусе. Расчет проводится по формулам (4.74)-(4.78), где S_KH - поверхность корпуса, не занятая ребрами; S_p-поверхностъ ребер. Расчет проводится согласно алгоритму, состоящему из 14 пунктов.

7.1.10 Порядок расчета теплового режима блока в перфорированном корпусе.

На страницах 161-162 приведен порядок расчета теплового режима блока в перфорированном корпусе. Рассчитываются: поверхность корпуса блока, условная поверхность нагретой зоны, удельная мощность корпуса блока, удельная мощность нагретой зоны по (4.46), (4.39), (4.45) и (4.38). Расчет проводится по 11 пунктам. На странице 162 на рисунке 4.14 показаны конфигурации перфорационных отверстий.

На странице 163 приведен пример определений, теплового режима блока в герметичном корпусе и его элементов. На странице 164 приведен пример определения теплового режима блока в герметичном корпусе с

На странице 166 приведен пример определения теплового режима блока в герметичном исполнении с наружным обдувом и его элементов.

На странице 167 приведен пример определения теплового режима герметичного блока с оребренным корпусом. Условия те же, что и в примере

На странице 168 приведен пример расчета теплового режима блока в перфорированном корпусе и его элементов.

7.1.11 Расчет теплового режима РЭА при принудительном воздушном охлаждений

На страницах 170-178 приведен расчет теплового режима РЭА при принудительном воздушном охлаждении. Расчет производится по формулам (4.82)-(4.110).

На странице 177 приведен пример расчета теплового режима блока с принудительным воздушным охлаждением. Исходными данными для расчета являются: Р- мощность источников тепла, расположенном в радиоэлектронном аппарате; а - коэффициент теплообмена нагретой зоны с охлаждающим воздухом (рассчитывается по формуле (4.83); λ - коэффициент теплопроводности воздуха; Re- критерий Рейнольдса; Рr- критерий Прандтля; G- массовый расход охлаждающего воздуха; v- коэффициент кинетической вязкости воздуха; ρ - плотность воздуха; L1 и L₂ - размеры поперечного к направлению обдува сечение радиоэлектронного аппарата; L₃ -длина РЭА в направлении обдува.

7.2. Курейчик В.М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования с применением САПР: Учебник для вузов.-М.: Радио и связь, 1990.-352с.: ил.

7.2.1. Вопросы моделирования тепловых полей.

На страницах 117-127 рассматриваются вопросы моделирования тепловых полей.

На страницах 120-122 рассматриваются вопросы обеспечения тепловых режимов микросборок (МСБ).

При анализе процессов теплопередачи конструкции МСБ в основном используют две модели МСБ: корпусную и бескорпусную. В первой модели корпус защищает МСБ от внешних воздействий и является теплообменником между конструкцией и средой.

Расчет тепловых режимов навесных электро-радиоэлементов проводят по формулам: (1.65)-(1.69), где t_min - минимально допустимая температура навесных ЭРЭ, Н_мах - перегрев относительно корпуса наиболее теплонагруженного ЭРЭ; Р_нмах - мощность рассеивания максимально теплрцагруженных ЭРЭ.

На странице 122 приведем расплывчатый алгоритм расчета теплового режима МСБ. Алгоритм расплывчат по восьми пунктам.

На странице 123 описаны особенности моделирования стационарного теплового процесса для ИМС (например, БИС ПЗУ).

На страницах 123-125 описан принцип суперпозиции температурных полей примеряемый при описании теплообмена в системе тел нелинейными уравнениями. Описание проводят согласно формулам (1.70)-(1.75), где tj -температура некоторой j-й точки; tc - температура среды; Фi - мощность

источников в I-й области системы; n - число областей; на которые может быть разбита система; Fij - тепловые коэффициенты.

На странице 125 рассматриваются обобщенные тепловые и математические модели узлов и блоков ЭВА, позволяющие рассчитать средние поверхностные температуры нагретых зон. На рисунке 1.86 приведена обобщенная тепловая модель блока ЭВА.

7.3 Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования / Под ред. Р.Г.Варламова,. М.: Сов.радио, 1980 г. 480 с.

7.3.1 На страницах 398-399 рассматривается перенос тепла за счет теплопроводности. На странице 399 приведена таблица значений λ (коэффициента теплопроводносги, Вт/м*К) для характерных материалов и оценочных расчётов. При точных расчетах необходимо учитывать зависимость λ от температуры (3, 21, 24, 37). Здесь же приведен пример вычисления суммарного теплового сопротивления r_∑ (к/Вт) крепежного соединения от полупроводникового прибора к шасси (рисунок 13.1, а).

7.3.2 На страницах 400 — 402 рассматривается перенос тепла за счет конвекции. Значения физических параметров сухого воздуха на уровне моря (101 кПа) приведены в таблице представленной на странице 401. Более полные данные приведены в (3, 24, 37). На этой странице приведен пример вычисления комплекса критериев cr x рr, (cr - критерии Грасгофа, рr -критерий Прандтля), составления критериального уравнения и вычисления а_к (конвективный коэффициент теплообмена, Вт/м²*К). На рисунке 13.2 представлены основные критерии и определяющие их параметры, а на рисунке 13.3 показана зависимость коэффициентов Кдоп (коэффициент, учитывающий влияние дополнительных факторов, таких, как направление теплового потока, кривизны канала и т.п.) для критериального уравнения (13.6) при ламинарном и турбулентном режимах. В таблице 13.1 приведены значения с, g, m, n, К_доп в уравнении (13.6) для часто встречающихся в РЭА случаев теплоотдачи. Здесь с, g, m и n - числовые безразмерные величины, соответствующие определенному виду и режиму движения среды и некоторому диапазону изменения определяющих параметров.

7.3.3. На страницах 403 - 404 рассматривается перенос тепла за счет теплового излучения. На рисунке 13.4 представлены значения коэффициента облученности φ_1,2"- который показывает какая часть энергии, излучаемой телом 1, попадает на тело 2. На странице 403 приведен пример определения теплового потока Ф, передаваемого от пластины 1 к пластине 2.

7.3 А На страницах 408 - 411т представлен порядок расчета температурного поля РЭА. Вначале определяют геометрические размеры НЗ (нагретой зоны) для РЭА с шасси (рисунок 13.12, а, б) или для одной платы РЭА кассетной конструкции. После, определения геометрических параметров НЗ (или нескольким H3), а также кожуха рассчитывают температурное поле, РЭА. Расчет проводится в три этапа:

Первый этап. Определяют тепловые характеристики кожуха и НЗ, Для РЭА с одной зоной по формулам (13.14 - 13.15). Для j-ой НЗ в РЭА имеющей m зон по формуле (13.16).

В этих формулах обозначено: Ө_к - средняя температура поверхности кожуха, К; Ө_С - температура среды, К; Ө₃ - средняя температура НЗ, К; r_кс -тепловое сопротивление кожух-среда, К/Вт; r_ж - тепловое сопротивление зона-кожух, К/Вт; Ф - полная рассеиваемая РЭА мощность (тепловой поток), Вт; Ө_3j - средняя температура I-ой НЗ, К; r_3kj - тепловое сопротивление НЗ - кожух К/Вт; r_3kj - тепловое сопротивление между I-ой НЗ и кожухом, К/Вт;; Фi - мощность тепловых потерь j-ой и I-ой НЗ, Вт. Тепловая характеристика кожуха в этом случае определяется по формуле (13.14).

Второй этап. Определяются тепловые характеристики поверхностей узлов и элементов РЭА по формуле (13.17), где Ө_p — температура поверхности j-ro узла или элемента, К; Ө_jc - температура среды, окружающей j-й узел или элемент, К; r_jc - тепловое сопротивление, характеризующее теплообмен от поверхности j-го узла или элемента к окружающей их среде, К/Вт; Фj - рассеиваемая мощность j-ro узла или элемента РЭА, Вт.

Третий этап. Определяются тепловые характеристики отдельных областей внутри узлов или элементов, например p-n-перехода в транзисторе по уравнению, аналогичному (13.17).

Если расчет теплового режима РЭА выполняют при вынужденной конвекции газообразной или жидкой среды, то используют дополнительное уравнение теплового баланса: (13.18), где Ф_с - тепловой поток, который воспринимается охлаждающей средой, с - удельная теплоемкость среды, Gm - массовый расход среды; Ө_cвых и Ө_cвх — температура среды на выходе и входе РЭА.

7.3.5. На страницах 414 - 416 приведен расчет теплового режима аппаратной машины. Определение температур проводят по общей методике (14, 15), по которой последовательно рассчитывают: 1) средние температуры нагретой зоны й воздуха внутри аппаратной машины (AM), внутренней и наружной поверхностей кузова AM; 2) средние температуры нагретых зон, воздуха и кожухов блоков РЭА; 3) температуры поверхностей элементов и воздуха вокруг них. Необходимые формулы для расчета приведены на страницах 415 - 416. Примеры расчетов тепловых потоков и температур кузова аппаратной машины приведены на страницах 418 - 419, а пример расчета кондиционера для аппаратной машины приведен на странице 421.

7.3.6. На страницах 429 - 433 приведена последовательность теплового расчет термостата, тепловая модель которого показана на рисунке 13.26, а. Расчёт проводится по формулам: (13.45) — (13.60). Для проведения расчета необходимы следующие данные: геометрические и теплофизические параметры объекта термостатирования, а именно: объем V, площадь наружной поверхности S1,2, ортогональные линейные размеры 2L1, 2L2 и 2L3, эффективный коэффициент теплопроводности λ1, средняя удельная теплоемкость C1 и средняя плотность p_i. На рисунке 13.27, который приведен на странице 432, показан график зависимости температуры нагревателя (1) и объекта термостатирования (2) от времени работы термостата при входе; в режим стабилизации. На 433 странице приведен пример расчета термостата для кварцевого резонатора.

7.3.7. На страницах 436 - 447 приведены расчеты тепловых режимов РЭА с воздушным охлаждением. Расчетными параметрами при оценке тепловых режимов одноблочной РЭА являются следующие: 1), для РЭА с шасси: Ө_здоп и Ө_вдоп - предельно допустимые температуры внутренних поверхностей РЭА и воздуха внутри РЭА, К; Ф — тепловая мощность, рассеиваемая РЭА, Вт; G_v, G_m - объемный или массовый расход охлаждающего воздуха при наличии принудительной вентиляции, м³/ч или кг/ч; V - объем РЭА, м^³; Косн - коэффициент формы основания РЭА (Косн =L/L1, L2, L3 - ширина и длина шасси); Ко — коэффициент формы РЭА в целом (Ko=HV-^I/3); K_зап - коэффициент заполнения объема РЭА.

2) для РЭА кассетной конструкции: Ө_oздоп и Ө_oвдоп - предельно допустимые температуры поверхностей центральных плат РЭА и воздуха между ними, К; Ф_n — тепловая мощность, рассеиваемая каждой платой, Вт; Gэn, Gтп - объемный или массовый расход охлаждающего воздуха, приходящийся на каждую плату при наличии принудительного вентилирования; м³/ч или кг/ч; m - количество плат в РЭА (или расстояние между смежными платами b=L/m); V, Косн, Ко, Кзап - то же, что и для РЭА с шасси. Формулы для расчетов приведены на страницах 438 - 447. На странице 440 приведены графики для определения перегрева воздуха и нагретой зоны в герметичной (а, б) и негерметичной (в,г) РЭА с шасси. На страницах 444 - 446 приведены графики для определения перегрева воздуха и нагретой зоны с шасси (принудительная вентиляция и принудительная циркуляция с теплообменником). На странице 447 приведены графики для определения перегревов воздуха и нагретой зоны в РЭА кассетной конструкции с естественной конвекцией. На этой же странице приведен пример оценки теплового режима проектируемой негерметичной РЭА с шасси и выбора способа охлаждения. На странице 448 приведены два графика: график средних квадратичных отклонений перегревов для РЭА кассетной конструкции с естественной конвекцией (рисунок 13.34) и график функции C_n=f(Knep) (рисунок 13.35). На странице 449 на рисунке 13.36 представлен график для определения перегревов нагретых зон и воздуха в РЭА кассетной конструкции с принудительной вентиляцией. На страницах 450 - 451 приведены два примера: 1 определения теплового режима РЭА и выбора способа охлаждения; 2 расчета объемного расхода воздуха G_э необходимого для обеспечения перегрева нагретой зоны в вентилируемой РЭА с шасси. На странице 454 приведены графики коэффициентов для определения температуры нагретых зон в многоблочной РЭА с принудительной вентиляцией.

7.3.8. На страницах 455 - 468 приведены расчеты тепловых режимов полупроводниковых приборов, интегральных микросхем и микросборок. В частности на страницах 457— 459 приведен расчет тепловых сопротивлений полупроводниковых приборов, интегральных микросхем и микросборок. Тепловое сопротивление рассчитывается по формулам (13.90) и (13.91), Данные для расчета: S_K - поверхность кристалла эквивалентного в данном случае источнику тепла; δ - толщина параллелепипеда; λ — коэффициент теплопроводности. На странице 456 приведены две таблицы. В таблице 13.3 приведены тепловые сопротивления транзисторов в корпусах с воздушным охлаждением, а в таблице 13.4 указаны тепловые сопротивления транзисторов в корпусах с кондуктивным охлаждением. На странице 459 приведены два примера: 1) пример расчета насколько изменится внутреннее тепловое сопротивление rnk кристалл - основание корпуса интегральной микросхемы при конструкции корпуса типа 201.14-2 (рисунок 13.40) при увеличении корпуса кристалла от 1,6* м до 2* х2* м; 2) пример расчета теплового сопротивления той же интегральной микросхемы при повороте печатной платы в горизонтальное положение и при расположении ее на нижней поверхности печатной платы.

На страницах 463 - 468 приведены расчеты для полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. На странице 465, на рисунке 13.44 показан график влияния конструкции радиатора и вида теплообмена на температуру коллекторного перехода транзистора. Эквивалентная тепловая схема для полупроводниковых приборов или интегральных микросхем, установленных на радиаторе, показана на рисунке 13.45, а. На странице 466 приведен алгоритм расчета пластинчатого (ребристого) радиатора, который производится согласно формулам: (13.97 - 13.104). Для расчета необходимы следующие данные: Э - скорость воздуха в каналах между ребрами, м/с; Sк— суммарная площадь поперечного сечения каналов между ребрами, м²; ρ -плотность воздуха при температуре Ө_ср кг/м³; С_р - теплоемкость воздуха при

температуре Ө_ср , Дж/(кг*К); z - количество ребер радиатора; λ - коэффициент теплопроводности материала радиатора, Вт/(м*К); S_р -площадь поперечного сечения ребра радиатора, м²; h — высота ребра радиатора, м; а - коэффициент конвективного теплообмена, Вт/(м *К); b_р — расстояние между ребрами радиатора, м. На странице 467 приведен алгоритм расчета игольчато-штыревого радиатора. Расчет осуществляется согласно формулам (13.105 - 13.106). Необходимые данные: Э_вх - скорость воздуха на выходе радиатора, м/с; s - шаг расположения штырей в направлении, нормальном потоку воздуха, м; определяющим размером штыря d является его эквивалентный диаметр d=4*S_шт/П; S_шт - площадь поперечного сечения штыря, м²; П - периметр сечения штыря, м; z - количество штырей радиатора; λ — коэффициент теплопроводности материала радиатора, Вт/(м*К). На странице 467-приведен пример в котором проводится поверочный расчет ребристого радиатора для транзистора в корпусе 801.

7.4 Конструирование РЭС / В.Б.Пестряков, Г.Я Аболтинь - Аболинь, Б.Г.Гаврилов, В.В. Шерстнев: Под ред. В.Б. Перстрякова,.- М.: Радио и связь, 1992,432 с.

На страницах 355 - 357 приведены общие положения теплофизического конструирования РЭС. На странице 357 показан пример определения температуры микросхем. Конструкция прибора показана на рисунке 11.1.

На страницах 358 - 361 приведены общие положения по расчету теплового режима РЭС и способам обеспечения нормального теплового режима РЭС. На страницах 361 - 362 рассмотрены критерии по которым выбирается способ охлаждения РЭС. На странице 362, на рисунке 11.3 показана область целесообразного применения различных способов охлаждения.

7.5 Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов А.В.. Методы расчета теплового режима приборов,.-М.: Радио и связь, 1990 г., 312 с.

1. На страницах 213 - 215 рассмотрено пять этапов моделирования теплового режима РЭС. На первом этапе рассматривают весь приборный комплекс/На втором этапе анализируют распределение температур в отдельных многоблочных конструкциях (стойках, шкафах). На третьем этапе рассчитывают средние температуры плат в блоке. На четвертом этапе находятся средние температуры участков платы под элементами. Наконец, на пятом этапе рассчитывается пространственное распределение температуры в интегральных и гибридных микросхемах, полупроводниковых приборах.

2. Блоки кассетной конструкции. Основные базовые схемы систем охлаждения блоков кассетной конструкции приведены на рисунке 1.6. На страницах 215 - 228 рассмотрены методики расчета теплового режима блоков; применяемые на третьем этапе описанной выше общей схемы моделирования. На страницах 216 - 220 приводится способ оценки средних температур нагретой зоны, воздуха и корпуса. На странице 216, на рисунке 6.1 представлена тепловая модель блока с воздушным охлаждением. Стационарный тепловой режим такой упрощенной модели блока описывается системой трех уравнений теплового баланса: для нагретой зоны (уравнение (6.1)); для корпуса (6.2); для воздуха (6.3). Необходимые данные: σз.к - лучистая тепловая проводимость между нагретой зоной и корпусом; σ з.к , σ в.к - конвективные тепловые проводимости между нагретой зоной и воздухом, между воздухом и корпусом; σ_кср - суммарная тепловая проводимость от корпуса в среду с температурой Т_ср; G_z - массовый расход воздуха, входящего в блок с температурой . Из системы уравнений (6.1) -(6.3) при отсутствии притока воздуха из среды искомые средние температуры находятся по (6.5). На страницах 220 - 226 показан расчет средних температур плат. Здесь сначала рассматриваются блоки с воздушным охлаждением. Процессы теплообмена описываются уравнениями: (6.10) - (6.13). В этих уравнениях теплового баланса необходимы следующие данные: , - конвективные тепловые проводимости от платы к воздуху; - лучистые тепловые проводимости между платами; а^п_п1к - лучистая тепловая проводимость от платы к корпусу; , - суммарная тепловая проводимость от корпуса в среду; G_n – массовый расход воздуха в n-m канале.

Для блоков с естественным воздушным охлаждением математические модели наряду с приведенными уравнениями теплового баланса содержат уравнения (6.14)-(6.18).

Для блоков с принудительной вентиляцией скорости воздуха Э_n (расходы G_n) обычно определяются из гидравлического расчета независимо от теплового расчета. На странице 226 представлен пример в котором проводится расчет теплового режима герметичного блока, состоящего из семи одинаковых вертикальных плат и имеющего определенные параметры.

7.5.3 Методика численного расчета температур элементов на плате приведена на страницах 235 - 238. Расчет производится по формулам (6.34) — (6.40). Необходимыми данными для расчета являются: 1 - индекс стороны платы; , - лучистая и конвективная тепловые проводимости от корпуса элемента; Tплj - средняя температура участка платы под j-ым элементом; σj-пл- тепловая проводимость «элемент - плата»; , - лучистый и конвективный коэффициенты теплоотдачи от платы со стороны l; Тl -температура условной среды на l; а, - коэффициент теплоотдачи к этой условной среде; Тф(хj) - фоновая температура, создаваемая соседними платами и воздухом в каналах; Fij - тепловой коэффициент от площадки (ΔxjΔj), занятой источником I, к площадке (ΔxjΔj). Тепловые коэффициенты Fij(i, j=l,...,J) рассчитываются на основе решения уравнения (6.36). На странице 238 показан пример в котором рассчитывается собственный перегрев корпуса микросборки.

7.5.4 На страницах 242 - 246 проводится оценка перегрева кристалла на подложке. Здесь рассматривается методика приближенной «ручной» оценки температуры кристалла на подложке МСБ. Расчеты проводятся согласно формулам (6.14) - (6.43). Необходимые данные: Р - мощность рассматриваемого кристалла; P_Σ - суммарная мощность всех источников в корпусе МСБ; R_kp-n - тепловое сопротивление «кристалл-подложка»; -тепловое сопротивление от участка установок кристалла к основанию, которое считается изотермическим; R_r-ср -тепловое сопротивление «корпус-среда», учитывающее как теплоотдачу со свободной поверхности корпуса, так и перенос теплоты через плату. На странице 246 показан пример использования полученных зависимостей для оценки перегрева кристалла на подложке.

На странице 250, на рисунке 6.16 показаны зависимости безразмерного параметра θ от основных параметров герметичного блока (а), блоков с естественной (б, в, г) и принудительной (д) вентиляцией.

7.6 Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре.- М: Высш.школа, 1984 г. 247 с.

1. В приложении Б.2 на страницах 227 - 229 показан расчет температурного поля пластины с локальным источником. Как было показано в §1.7, стационарное температурное поле такой пластины можно описать дифференциальным уравнением и граничными условиями вида (Б.5). Необходимыми данными для решения такой задачи являются: δ - толщина пластины; L_x, Ly — размеры пластины; 2Δξ, 2Δη - размеры области U, прямоугольной формы. Приближенное решение этой задачи дано в (21): по формулам (Б.6) - (Б. 10). На странице 229 представлен пример определения температуры в центре источника расположенного на пластине.

2. На странице 231 показана вероятностная оценка обеспечения теплового режима РЭА. На рисунках Б.4 - Б.6 приведены вспомогательные графики для разных систем охлаждения РЭА в герметичном и перфорированном корпусах со свободным и принудительным воздушным охлаждением как внутри аппарата, так и на наружной поверхности корпуса. По этим графикам устанавливается вероятность, с которой тепловой режим будет соответствовать техническому заданию.

7.6.3 В приложении Б.4 на страницах 231 - 233 приведен графоаналитический метод расчета компактных теплообменников. В ОСТ 4ГО.299.003 (редакция Г-74 «Теплообменники В-В и В-Ж систем охлаждения РЭА. Типы и основные параметры») содержится графоаналитический метод расчета теплообменников. На странице 232 на рисунке Б.7 приведена номограмма для выбора теплообменников типа воздух-жидкость (воздух-антифриз-65). По этому графику можно найти передаваемый тепловой поток, зная объемный расход теплоносителя для теплообменника типа В-Ж с теплоносителями воздух-антифриз-65. На странице 232 показан пример расчета основных характеристик компактного теплообменника. На странице 233 показана таблица Б.1 в которой приведены параметры компактных теплообменников.

7.6.4 В приложении Б.5 на страницах 234 - 235 показано определение эффективного коэффициента теплоотдачи радиаторов с воздушным охлаждением. Как показано в §2.4, средний перегрев основания радиатора связан с рассеиваемой им мощностью Ф зависимостью (2.16). Данные для расчета: L₁ L₂, D - размеры основания прямоугольного радиатора и диаметр радиатора с круглым основанием; аэф - эффективный коэффициент теплоотдачи радиатора. Обобщение результатов расчетов и опытов позволило построить графики, на которых представлены зависимости aэф=f1(Эx), aэф=f2(Э) для различных радиаторов, работающих в условиях свободной и вынужденной конвекции. На рисунке Б.8 приведены графики для игольчато-штыревых радиаторов с различным шагом (сплошные кривые 1,2,3,4) и (пунктирные кривые 5,6,7,8). Заштрихованные области 9,10,11 относятся к ребристым радиаторам, у которых размер квадратного основания меняется от 40 до 80 мм. В таблице Б.2 приведены значения высоты h, шагов и , диаметров штыря d, толщины ребра δ1 На рисунке Б.9 представлен эффективный коэффициент теплоотдачи в зависимости от скорости вынужденного потока воздуха для тех же типов радиаторов, размеры которых указаны в таблице Б.2.

На рисунках Б.10 и Б.11 (страница 236) представлены эффективные коэффициенты теплоотдачи в зависимости от скорости при вынужденном охлаждении для жалюзийных двух- и однослойных радиаторов и петельно-проволочных радиаторов с различными высотами витков и коэффициентов заполнения (рисунок 2.11).

Графики (рисунок Б.12) построены на основе рисунков Б.8 - Б.11. Они позволяют выбрать в первом приближении тип радиатора и условия теплообмена (свободное или вынужденное охлаждение воздухом).

- 7.6.5 В приложении Б.8 на страницах 239 - 242 приведен графоаналитический метод расчета теплового режима одно блочных кассетных РЭА при свободной вентиляции. В случае когда аппараты в герметичном корпусе средние температуры корпуса РЭА и поверхности зоны рассчитываются по формулам, приведенным в §1.6, 1.13, 1.14 и в примерах 1.12-1.14.

Расчет теплового режима аппаратов со свободной вентиляцией производится по формулам (Б. 17) - (Б.22).

Исходные данные: размеры корпуса аппарата Lз_х, Lз_у, Lз_z, размеры нагретой зоны l1_x, L1_y, l1_z; среднее расстояние (зазор) между платами b, площадь перфорационных отверстий в корпусе а0; Ф_иtc — суммарная мощность источников и температура окружающей аппарат среды. Следует придерживаться следующей ориентации осей х, у, z: ось х направлена вертикально вдоль канала (смотри рисунок 3.15), у - поперек кассет, ось z -горизонтально вдоль кассет. Следует отметить, что допущения, принятые при математическом анализе теплового режима кассетных аппаратов, не являются слишком грубыми. Как показало сопоставление расчетных и экспериментальных перегревов, среднее квадратичное расхождение в различных областях аппаратов не превышает 10 - 15%.

7.6.6 В приложении А (страницы 216 - 223) приведены различные справочные данные, необходимые для теплового расчета РЭА. В таблице А.1 приведены значения теплопроводности λ, плотности ρ и удельной теплоемкости С_р для различных твердых материалов. В таблице А.2 приведены коэффициенты черноты различных поверхностей. В таблице А.З приведены значения плотности ρ, удельной теплоемкости С_р, теплопроводности λ, кинематической вязкости v и числа Прандтля (Рг) сухого воздуха при давлении 10⁵ Па и различных температурах. В таблице А.4 приведены значения плотности р, удельной теплоемкости С_р, теплопроводности λ, кинематической вязкости v, объемного расширения β, поверхностного натяжения σ и числа Прандтля (Рг) воды на линии насыщения при давлении 10⁵ Па и различных температурах. В таблице А.5 приведены физические свойства водяного пара на линии насыщения.

7.7 Савельев А.Я. Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем. -М.: Высш. школа, 1989 г., 312 с.

7.7.1 На страницах 168 - 169 представлен расчет теплового сопротивления от интегральной схемы к корпусу блока. Результирующее тепловое сопротивление рассчитывается по (6.58). Данные для расчета λ ₃, λ _ш, λ _ст - коэффициенты теплопроводности материала, заполняющего зазор, тепло проводящей шины и каркаса субблока; S_K — площадь зазора между корпусом ИС и шиной; S_Ш - площадь поперечного сечения тепло проводящей шины; Scr - площадь сечения каркаса субблока в направлении, ортогональном к тепловому потоку; sk1, sk1 - половина площади контактов шины - каркас субблока, каркас субблока - корпус блока. Представленные в формуле (6.58) тепловые сопротивления R₃, R_ш1 R_ш2 и R_cт определяются по (6.8), а R_к1 и R_к2 - по (6.11). На странице 169 показан пример расчета теплового сопротивления от корпуса ИС 2 на рисунке 6.11, а к корпусу блока.

7.7.2 На страницах 173 - 176 приведен анализ теплового режима одно блочной конструкции при естественном охлаждении. Тепловая модель с необходимыми размерами показана на рисунке 6.15, а. На рисунке 6.15, б показаны зависимости температуры пакета плат от координат х, у, z. Тепловой расчет такой одноблочной конструкции осуществляется по формулам (6.62) - (6.67). Для расчета необходимо знать размеры конструкции, а также Ф_зв - суммарную тепловую энергию, передаваемую конвекцией зонами воздуху и затем воздухом корпусу; Ф — суммарную тепловую энергию, выделяемую платами. На странице 176 приведен пример расчета средне поверхностной температуры корпуса и пакета плат одноблочной ЭВМ (смотри рисунок 6.12, а) в герметичном исполнении при естественном охлаждении.

7.7.3 На страницах 178 - 180 представлен расчет теплового режима многоблочной стойки с принудительной вентиляцией. Схематично конструкция многоблочной стойки с вертикально ориентированными субблоками с принудительной вентиляцией показана на рисунке 6.18. Расчет теплового режима проводится: по формулам (6.68) - (6.75). Данные для расчета: Фi - количество тепловой энергии, выделяемой в одном канале; S - суммарная площадь теплотдающих поверхностей корпусов интегральных схем и плат субблоков, образующих канал; F - живое сечение канала; N_K – число каналов, т.е. промежутков между субблоками в стойке. На странице 180 приведен пример определения необходимого расхода воздуха в стойке с принудительной вентиляцией, обеспечивающего допустимую температуру корпуса интегральной схемы.

7.7.4 На страницах 181-185 приведен поверочный расчет температуры корпуса интегральной схемы при жидкостном охлаждении многоблочной стойки. На странице 182 приведен анализ конструкции с жидкостным охлаждением. На страницах 183 - 185 показано определение температуры основания интегральной схемы.

7.7.5 На страницах 184 - 185 приведена методика определения температуры основания I-ой интегральной схемы k-гo субблока исходя из известной температуры воды на входе в плиту блока. Расчет проводят по формулам (6.76) - (6.80), Данные для расчета: - тепловая энергия, выделяемая предыдущими тепловыми элементами замены (ТЭЗ); Ф_к -тепловая энергия, выделяемая k-ым ТЭЗ; F - площадь поперечного сечения трубы; λ1 , λ 2, λ 3 - коэффициенты теплопроводности материала плиты, тепловыделяющей смазки зазора пластинчатого теплового соединителя и каркаса субблока; m - число пластин теплового разъема; λ _ш — коэффициент теплопроводности шины; S_ш - площадь ее поперечного сечения.

7.8 Проектирование и технология производства мощных СВЧ -транзисторов / В.И.Никишин, Б.К. Петров, В.Ф.Сыноров и др. - М: Радио и связь, 1989, 144с.

7.8.1 На страницах 61 - 74 приведены методы расчета температурных полей и теплового сопротивления Rmn-k в статическом и динамическом режимах мощных биполярных СВЧ - транзисторов. Для нахождения стационарных температурных профилей в транзисторной структуре, обусловленных плоскими тепловыми источниками, размеры, которых совпадают с размерами эмиттеров, необходимо решать трехмерное стационарное уравнение теплопроводности. С учетом допущений приведенных на странице 64 задача сводится к решению уравнений теплопроводности без тепловых источников: (4.5), (4.6). Необходимыми данными для расчета являются: Ti(x,y,z) - температура внутри полупроводника (0 ≤ х ≤ d_n, -∞ < у, z < + ∞) с коэффициентом теплопроводности λ1 = λ_si; T₂(x,y,z) - температура внутри второй среды -керамики ВеО (х > d_n, -∞ < у, z < + ∞) с коэффициентом теплопроводности λ2 = λBeo (смотри рисунок 4.1). Решение уравнений (4.5) и (4.6) находим с помощью метода точечных тепловых источников, находящихся на плоскости х =0, а затем в результате интегрирования по площади эмиттеров получаем температуры в транзисторной структуре. На странице 67 в таблице 4,1 представлены рассчитанные по формуле (4.15) тепловые сопротивления одиночных эмиттерных секций R т n-k и Rm n-k (для полуограниченного кремния при k=0) с типичными размерами.

Тепловое сопротивление р-n переход - корпус Rт n-k транзистора будет вычисляться по формулам (4.16) - (4.18).

На странице 70 в качестве иллюстрации на рисунке 4.2 показаны зависимости относительного нагрева (Т(0,у,0)-Т_к)/Р_к вдоль оси OY для одиночных эмиттерных секций шириной 1_э=75 мкм и длиной от 300 до 1200 мкм, рассчитанные с помощью формул (4.17, а), (4.17, б), (4.20).

Тепловое сопротивление переход-корпус для многосекционного транзистора находят с помощью формул (4.16), (4.27) и (4.29). Данные для расчета: Rт n-k (λ._si(T_K)) находится по формуле (4.16) с заменой λ _sj на λ _sj (Т_К) и λ _sj/ λ ₂ на λ._si(T_K)/ λ ₂ (T_K).

7.8.2 На страницах 74 - 82 рассматриваются особенности тепловых режимов в импульсных транзисторах.

На странице 81 на рисунке 4.5 показаны переходные характеристики СВЧ-транзистора с P1=4 Вт на частоте f=400 МГц при различных скважностях, а на рисунке 4.6 показаны переходные тепловые характеристики для СВЧ-транзистора с P1=75 Вт на частоте f=400 МГц при различных скважностях.

На страницах 75 - 77 показан метод расчета нестационарных температурных полей в двухслойной среде (пластина кремния конечной толщины - полуограниченная керамика ВеО), который производится по формулам (4.34) - (4.38).

7.9 Драпкин О.М., Шмат В.К. Электротепловое взаимодействие между элементами интегральных схем / Электронная техника Сер.2 1982 г. Вып.4, с.56-63.

На страницах 56-63 рассматриваются две модели, соответствующие двум различным типам корпусов, в которых помещается кремниевый кристалл интегральных схем. Предложенный метод расчета распределения температуры по кристаллу можно использовать как для учета влияния температуры на те или иные компоненты интегральной схемы, а следовательно на входные характеристики интегральной схемы, так и для расчета распределения температуры в случае термостабилизации подложки.

Базовым уравнением модулей служит трехмерное стационарное уравнение теплопроводности (1). В первом случае кристалл припаивается с помощью эвтектики Si-Au на позолоченную медную ножку корпуса. Поскольку теплопроводность меди больше чем в три раза превоcходит теплопроводность кремния, то уравнение (1) решается при следующих граничных условиях: (2) - (4). В этих формулах обозначено: а,b,с - размеры кристалла (рисунок 1); λ - теплопроводность кремния; l1 и l2 - размеры источника тепла (например, мощного выходного транзистора); ζ и η -координаты центра источника тепла; Р - удельная поверхностная мощность источника; T_s - температура нижней грани кристалла (из-за высокой теплопроводности меди считаем постоянной). На рисунке 1 (страница 57) показана модель кристалла, соответствующая условиям (2) - (4).

При сборке кристалла в коваровый или керамический корпус, вследствие низкой теплопроводности ковара или кремния, выбирают более точную математическую модель (рисунок 2) с граничными условиями (5) -(10). Где обозначено: T1(X,Y,Z) - температура в объеме Si; T₂(X,Y,Z) -температура в объеме теплоотвода; λ1 - теплопроводность кремния; λ2 - еплопроводность теплоотвода (подложки); А и В - размеры теплоотвода; h -толщина теплоотвода.

Решение уравнения (1) с граничными условиями (2) - (4) методом разделения переменных приводит к результату (11). Решение уравнения (1)с граничными условиями (5) - (10) для температуры на поверхности кристалла приводит к (12).

Получить распределение температуры, используя решение (11), (12), представляющих сумму тригонометрических рядов, можно с помощью ЭВМ, однако необходим критерий определения минимальных значений индексов суммирования тип, обеспечивающих требуемую точность расчета. На странице 59 предлагается определенный алгоритм расчета, который обеспечивает достижения заданной точности в каждой точке при минимальном значении индексов суммирования.

В таблице 1 (страница 59) приведены значения индексов m=n для различных значений координат X и У.

На странице 60, на рисунке 3 показана структурная схема термостабилизации подложки, а на рисунке 4 схема температурной стабилизации кристалла.

7.10 "Полупроводниковые приборы" Н. М. Тугов, Б А Глебов, Н. А. Чарыков

Тепловой расчет сводится к расчету температуры структуры Ti при условии обеспечения теплостойкости полупроводникового прибора: Tj<Ti max, где T_imax -максимально допустимая температура структуры, превышение которой в в длительных режимах эксплуатации запрещается.

Исходные данные для расчета: сопротивление структуры -корпус, предельной температуры полупроводниковых приборов, мощности потерь и тип охалодителя.

7.10.1 Тепловой расчет в режиме постоянного тока (страница 513). при условии обеспечения теплостойкости.

Основные формулы: 7.10, 7.11.

Страница 514 - таблица T_imax для различных полупроводниковых устройств;

Страница 516 - таблица 7.2 - параметры схемы замещения полупроводниковых приборов в открытом состоянии;

Страница 515 - формула 7.126 - максимально допустимая мощность потерь по заданным значениям T_imax и Та

Формула 7.14 - предел нагрузочной способности полупроводникового прибора

Страница 517 - в таблице приведены примерные значения тепловых сопротивлений типичных корпусов полупроводниковых приборов

Страница 521 - таблица коэффициентов излучения материалов охладителя Страница 525 - рисунок 7.15а - выбор типа охалождения и охладителя Страница 528 - таблица 7.5 - типовые охладителя полупроводниковых приборов Страница 528 -методика выбора охладителя Страница 529 - пример расчета охладителя

Страница 530 - формула 7.19 - тепловые сопротивления контакта корпус— охалодитель

Страница 530 -таблица удельной тепловой проводимости контактов материалов

Страница 532 - учет влияния тепловой обратной связи

7.10.2 Тепловой расчет в импульсном режиме (страница 533)

Основные формулы расчета: 7.32,7.39

Вспомогательные (используются для вывода 7.35): 733 - 7.38

Тепловой расчет импульсного «пакетного» режима (страница 535)

формула 7.40 - формулы предварительного сокращения записи

формула 7.41 - (формулы для к-того элемента на интервале t«)

формула 7.45—максимальная температура, до которой нагревается полупроводниковый прибор при n - импульсах

формула 7.46 - температура полупроводникого прибора (к-того элемента) после n-ного импульса во время паузы ts

формула 7.47 - аналог формулы 7.46 только при достаточно большой паузе между пакетами

формула 7.49 - формула вычисления максимальной температуры к-того элемента после окончания пакета импульсов формула 7.50 - формула вычисления максимальной температуры структуры

Тепловой расчет без учета накопления тепла (расчет предельных не одномерных тепловых режимов при учете локализации энергии) страница 544

формула 7.60 - процесс изменения температуры локализованного объема во времени и по координате (уравнение теплопроводности параболического типа)

формула 7.61 а - начальные условия для 7.60

формула 7.606 - краевые условия для 7.60 формула 7.62 - максимальная температура структуры

формула 7.63 - установившееся значение превышения температуры локализованного объема

формула 7.64 - максимальная температура, полученная в нормированном виде формула 7.65 - формула 7.64 при малых температурах

формула 7,66 - формула определения температуры перегрева структуры

одиночным импульсом в первом приближении

рисунок 7.28 - зависимость максимальной температуры локализованного

объема структуры прибора от времени переходного процесса включения

Тепловой расчет с учётом накопления тепла формула 7.67а - температура локализованного объема формула 7.676 - функция

теплового накопления

формула 7.68 — начальное и краевое условия решения уравнения 7.60 для данного расчета

формула 7.69 - решения краевой задачи для спада температуры на интервале l/f>t>t_и , где f- частота импульсов, t _и - длительность импульсов

формула 7.70 — снижение максимальной температуры локализованного объема

формула 7.71 - функция теплового накопления

рисунок 7.29 - изменение максимальной температуры локализованного объема в отсутствии и при воздействии накопления энергии

рисунок 7.30 - семейство характеристик функции теплового накопления

страница 562 - приложение 2 - теплофизические и электрические свойства некоторых металлов , полупроводников и диэлектриков при 300 К

страница 564 — приложение 3 — свойства собственного Si, Ge и GaAs при ЗООК

7.1 1 А А Захаров , Е И Асвадурова "Расчет тепловых параметров полупроводниковых приборов.

7.1 1.1 Расчет теплового сопротивления мощного СВЧ

транзистора с контактным сопротивлением корпус — теплоотвод (страница 110)

Исходные данные для расчета: геометрические размеры кристалла

рисунок 6. 1 - конструкция мощного СВЧ транзистора

На страницах 110 - 112 представлены предварительные расчеты (рабочая частота транзистора, глубина проникновения СВЧ тока, выбор корпуса, его удельное тепловое сопротивление)

На страницах 112- 116 - представлен порядок расчета

7.11.2 Расчет теплового сопротивлений мощного СВЧ транзистора с баластным резистором

На страницах 116-118 представлены предварительные данные

рисунок 6.3 - конструкция мощного ВЧ транзистора с баластным резистором

таблица 6.2 - параметры эквивалента и результаты расчета Rт п-к — теплового сопротивления прибора от р - n перехода до теплоотвода активной структуры,

страница 119 - 125 - порядок расчета

таблица 63 - параметры эквивалента и порядок расчета серединных источников

рисунок 6.6 - сечение АА эквивалента для серединных полосок и полосок, покрывающих балластные резисторы, для расчета К2 (второй балластный резистор)

7.11.3 Расчет теплового сопротивления полевого транзистора с учетом температурной зависимости теплопроводности

страница 125 - 134 - порядок расчета

страница 126 - таблица 6.4 - параметры эквивалента и результаты расчета серединных источников и балластных резисторов

страница 128 - рисунок 6.7 - конструкция полевого транзистора

станица 129 - таблица 6.5 - параметры эквивалента и результаты расчета Rт п-к полевого транзистора (первое приближение)

страница 130 - рисунок 6.8 - два сечения эквивалента полевого транзистора

страница 132 - таблица 6.6 - параметры эквивалента и результаты расчета Rт п-к полевого транзистора (второе приближение)

7.11.4 Расчет теплового сопротивления лавинно - пролетного диода с кольцевыми р-n переходами

расчет представлен на страницах 134-138

страница 134 - рисунок 6.9 - конструкция лавинно-

пролетного диода с кольцевыми источниками

страница 135 - рисунок 6.10 - сечение эквивалента лавинно -

пролетного диода

страница 136 - таблица 6.7 - параметры эквивалента и

результаты расчета Rт п-к лавинно - пролетного диода

с кольцевыми источниками тепла

7.11.5 Расчет перегрева р-n переходами СВЧ транзистора в импульсном режиме.

страница 138 -142 - пример расчета

станица 139 - рисунок 6.11 - конструкция мощного СВЧ

транзистора, работающего в импульсном режиме

страница 140 - таблица 6.8 - теплофизические параметры

материалов СВЧ транзистора, толщины слоев и приведенные координатных границ

страница 6.12 - два сечения эквивалента СВЧ транзистора

7.12 "Параметры теплового режима полупроводниковых микросхем" Д ИЗакс

В данных расчетах вычисляется тепловое сопротивление кристалла по исходным параметрам (геометрических размерах) и режиму охлаждения.

7.12.1 Оценка внутреннего теплового сопротивления - страница 79

страница 80 - рисунок 4.1 - тепловая модель для приближенного расчета внутреннего и полнового тепловых сопротивлении модели с одним (а) и двумя (б) источниками тепла

страница 81 - таблица 4.1 - формулы для расчета теплового сопротивления усеченных пирамид с различным числом граней, нормальных к плоскости основания

страница 81 - 85 - примеры расчетов

7.12.2 Оценка полного теплового сопротивления - страница 85 формула 4.2 -полное тепловое сопротивление

формула 4.3 - полное тепловое сопротивление участка с двумерным температурным полем Rnc2

страница 86—91—примеры расчета

7.12.3 Машинный расчет тепловых сопротивлений страница 92 страница 9 - 93 — тепловая модель схемы (описания)

страница 93 - 94 - выбор размеров и теплофизических параметров тепловой модели (описание)

страница 94 — математическая формулировка задачи

страница 94 - формула 4.10- уравнение теплопроводности формула 4.11 -условия стыковки по тепловому потоку и

температуре для пластин между собой и пластин с выводами

формула 4.12- диагональная матрица тепловых сопротивлений элементарных областей соединительного слоя или выводов

формула 4.13- тепловое сопротивление вывода корпуса,

припаянного к плате

страница 95—алгоритм расчета и формула, по которой

происходит расчет (основная)

формула 4.14 - расчет температурного поля пластины на

поверхностях So и Sn создаваемого источником тепла,

расположенного на поверхности Sn

формула 4.15- расчет функции W(n,m,K) - вспомогательная функция, которая входит в формулу на странице 95

формула 4.16—расчет функции G и Rn—вспомогательные функций которые входят в формулу 4.15

формула 4.17 — тепловые потоки, проходящие из первой пластины (кристалла) через выводы и элементарные области соединительных слоев

страница 98 -104 - пример расчета

7.12.4 Тепловая обратная связь

страница 105 — формула 4.18а - вектор-столбец аргументов зависимых источников ЭДС и тока

формула 4.186 - вектор-столбец зависимых источников ЭДС и тока, моделирующих нелинейные компоненты микросхемы

формула 4 .18 - вектор-столбец рассчитываемых параметров микросхемы

формула 4.19а - вектор-столбец зависимых источников ЭДС и тока, моделирующих нелинейные компоненты микросхем

формула 4.196 - вектор-столбец мощности элементов

микросхемы

формула 4.196 - определения температуры

формула 4.20 - статический режим работы микросхема с учетом

тепловой обратной связи между элементами

страница 106 - рисунок 4.12- принципиальная схема дифференциального усилителя (а) и его передаточная характеристика (б) при двух значениях

мощности Р, рассеиваемой на резисторе Ки

рисунок 4.13 — распределение элементарных токов (а трехэмиттерного транзистора (б) в зависимости от сдвига цента транзистора от осевой линии

рисунок 4.14—входной (1) и выходные напряжения ЭСЛ - микросхема с учетом (2) и без учета (3) тепловой обратной связи

страница 113 - таблица П1 - коэффициенты теплопроводности некоторых материалов

страница 114-115- таблица П2 - тепловые сопротивления микросхем, измеренных в типовых условиях охлаждения

страница 115- таблица ПЗ - тепловые сопротивления

многокристальных микросхем

7.13 «Расчет и конструирование систем охлаждения ЭВМ Г В Резников»

7.13.1 Расчет конвективного теплообмена в каналах электронной аппаратуры ЭВМ

В данном расчете рассматривается общая задача расчета коэффициента теплоотдачи, определяющего внешние тепловые сопротивления корпусов ИС, расположенном в плоском канале

Исходные данные: процесс теплообмена стационарен и течение стабилизированное и турбулентное, геометрические размеры корпусов ИС и расстояния между ними сравнимы между собой и с размером свободного пространства канала Н, во входном сечении канала температура воздуха постоянна по сечению, при движению воздуха в канале происходит дополнительная турбулизация потока из-за шероховатости канала, образованной расположенными на стенках плат корпусами ИС.

страница 92 - рисунок 2.6 - расчетная схема определения поверхности конвективного теплообмена в канале электронной аппаратуры ЭВМ и распределение тепловых потоков от корпуса ИС

страница 94 - 96 - пример расчета

страница 95 - таблица 2.2 - зависимость функции f(0.5;Ea), которая отвечает перепаду температур в турбулентном ядре потока холоданосителя - воздуха и Еа -толщина температура - проводного подслоя и слоя шероховатости канала, для реальных типов ИС, от Re и таблица 2.3 — результата сходимости расчета и эксперимента

страница 96 — таблица 2.4 - результаты определения средней температуры

страница 97 -таблица 2.5- расчетные зависимости для определения поверхности теплоотдачи в канале при различных ККТ; таблица 2.6 - сравнение экспериментальных и расчетных данных при использовании корреляционной зависимости

страница 98 - таблица 2.7 - сравнение данных по диапазону корреляционной зависимости (2.24)

рисунок 2.8 - сравнение расчетных и экспериментальных данных по теплоотдаче в герметичных каналах электронной аппаратуры

страница 102—рисунок 2.9 - влияние не герметичности каналов в типовых конструкциях ЭВМ на максимальный перегрев

по воздуху в объеме конструкции при нагнетании воздуха вентилятором

страница 103 - рисунок 2.10 - температура поверхности корпусов ИС в охлаждаемом канале

7.13.2 Расчет и конструирование элементов теплоотвода воздушных систем охлаждения ЭВМ - страница 105 - 112

Исходные данные: геометрические размеры охлаждаемой системы страница 109 - рисунок 2.11 - зависимость теплового потока,

отводимого ребристым цилиндрическим теплоотводом, от условий

охлаждения

7.13.3 Численные методы расчета температурного поля корпусов и элементов теплоотвода систем охаложения ЭВМ - страница 112 -125

Исходные данные: геометрические размеры кристалла и охалодителя

страница 112 - рисунок - 112 - зависимость безразмерной температуры кристала ИС от условий охалождения

страница 115 - рисунок 2.13- конструктивно - тепловые структуры корпусов ИС с различными элементами теплоотвода

страница 116 - рисунок 2.14- универсальные тепловые модели

страница 17-формула 2.1З - тепловая модель

страница 119 - формула 2.14 - уравнение теплопроводности в j-м параллелепипеде для стационарного распространения теплоты

страница 119 - формула 2.15 - граничные условия третьего рода

страница 119 - формула 2.16 - граничные условия четвертого рода

страница 120 - формула 2.18 - минимум функционала определяется на множестве конечномерных функций данного вида

страница 120 - формула 2.19 - квадратичная форма функционала

страница 121 - формула 2.20 и 2.21 - система алгебраических уравнении

страница 122 - формула 222 - неявная разностная схема для квазилинейной задачи

страница 122 -формула 2,23 - неявная разностная схема для квазилинейкой задачи

страница 123 - формула 2.24 - изменение температурного поля в пространстве и во времени

страница 124 - рисунок - 115 - расчетная тепловая модель ТМ- 1Vкорпуса типа 4 с ККТ пластинчатого типа с продольными ребрами

страница 124 - рисунок - 2.16 - зависимость безразмерной температуры кристалла ИС от критерия Кi (критерий Кирпечева)

7.13.4 Расчет температурно-влажностного режима воздушной среды устройства ЭВМ и конструирование автономных систем охлаждения (страница 125-144)

страница 128 - рисунок - 117 -выбор расчетных аэродинамических параметров для автономной воздушной системы охалождения ЭВМ и графическая иллюстрация особенностей работы автономных вентиляторов в конструкции ЭВМ с выбором рабочих точек системы вентилятор-канал

страница 130 - таблица 2.8 - расчетные зависимости параметров охолаждающего) воздуха для режима нагнетания при равномерном распределении неплотностей

страница 132 -таблица 2.9 - расчетные зависимости параметров охалождаощего воздуха для режима всасывания (вытяжная вентиляция конструкции ЭВМ) при равномерном распределении не плотностей

страница 134 - рисунок 2.18- схема алгоритма расчета для варианта нагнетения охолаждающего воздуха в конструкциях ЭВМ

страница 135 -рисунок 2.19-схема алгоритма расчета для варианта всасывания охалаждающего воздуха в конструкциях ЭВМ

страница 136 - рисунок 2.20 - результаты расчета термодинамических

параметров системы охолаждения для типичной электронной конструкции типа ЕС ЭВМ при нагнетании охолоаждающего воздуха и изменения скорости охолаждающего воздуха в конструкциях

страница 138- таблица 2.10- расчетные зависимости параметров охолождающего воздуха для комбинированного режима при равномерном распределении неплотностей

страница 140 - рисунок 221 - зависимость температуры, влагосодержания, энтальпия, относительной влажности, влажной воздушной среды в аппаратуре от без размерной координаты Хi, полученной для различных режимов движения воздуха

страница 142 - рисунок 2,22 - расчетная схема определения требуемого расхода воздуха при совместной работе вентиляторов

7.13.5 Расчет теплового режима устройства ЭВМ с конструктивно -тепловой структурой, содержащей групповые теплоотводы системы охолождения (страница 148 -162)

страница 149 - рисунок 3.2 - расчетная схема для определения ас по тепловой модели платы с металлическим теплопроводным основанием при конвективном—жидкостном охолаждении

страница 151 - рисунок 3.3 - зависимость экспериментального коэффициента си от размеров корпуса или кристала и размера шероховатости

Sш

страница 152 - рисунок 3.4 - зависимость коэффициента Ки от числа Re при различных при различных: значениях ширины корпуса ИС

рисунок 3.5 - зависимость коэффициента Ки от числа Re при различных значениях высоты в монтажа ИС на плате

рисунок 3.6 - зависимость коэффициента Ки от размера шероховатости Sш

страница 155 - таблица 3.1 - сравнительные характеристики жидкостных холодноносителей относительно воды

страница 157 - рисунок 3.7 - расчетная схема блока ЭВМ с групповыми теплоотводами в виде шин или тепловых труб (а) и тепловая схема сопротивлений распростронению теплового потока

страница 158 - таблица 3.2 - значения σук- удельная тепловая проводимости контакта двух любых пластин для типичного диапазона давлений и типа контактирующей пары

страница 160 - рисунок 3.5 - зависимость удельной тепловой проводимости σук от удельного давления на контактной поверхности Руд теплового соединения в логарифмических координатах для различных рисунок З.10 - зависимость средней высоты и суммы микро неровностей контактирующих поверхностей материалов при различных способах обработки

7.13.6 Расчет теплового режима устройств ЭВМ конструктивно -тепловой структурой, содержащей групповые тепло отводы системы охлаждения в виде тепловых труб (страница 162 -180)

страница 164 - рисунок 3.11 - варианты конструктивно - тепловых структур системы группового теплоотвода блока ЭВМ с различными РТС и с тепловыми трубами

страница 165 - рисунок 3.12 - расчетные модели теплового режима основного варианта блока с тепловым разъемом

страница 166 - формула 3.1— тепловой поток, передаваемый ТТ -тепловой трубе.

формула 3.2 — тепловой поток для зоны конденсации пара

страница 167 - рисунок 3.13 — расчетная КС в тепловой трубе

страница 167 - формула 3.3 - средняя температура зоны испарения жидкости

формула 3.5 - гидродинамическое условие работоспособности ТГ

формула 3.6,3.8,3.9 - потери давления в этих зонах для пара и жидкости

страница 169 - рисунок З.14 — полная расчетная тепловая схема блока ЭВМ с элементами теплоотвода

страница 171 - формула 3.10 - средняя температура внутренней стенки канала

страница 171.-172- примеры для определенных тел (формулы 3.11 - З.17)

страница 174 - рисунок З.16 - сравнение экспериментальной и расчетной зависимости средней температуры испарительной зоны ТТ от длины зоны конденсации при разном тепловом потоке

страница 177 - рисунок 3.17 - составляющие полного теплового сопротивления и перепады температур системы тепло отводов блока,

страница 178—рисунок З.18 - варианты конструкции плоской ТТ страница 179 — таблица 3.3 — изменение конструкции ТТ и тепловых сопротивлений

7.13.7 Расчет теплового режима устройства ЭВМ с конструктивно — тепловой структурой, содержащей групповой тепло отвод системы охлаждения в виде приточного канала (страница 193 -203)

страница 193 — рисунок 3.21 - общая конструктивно - тепловая структура микроэлекгронного узла с кристаллом БИС в безвыводном корпусе и в разъемном контактирующем устройстве

страница 194 — рисунок 3.22 - тепловая модель корпуса БИС и микроузла КУ - контактирующего устройства и составляющие тепловые модели страница 195 - рисунок 3.23 - укрупненная система уравнений теплового баланса тепловой модели КУ и ее составляющие

страница 196 - формула - 3.23 — связь отдельных тепловых величин , составляюищх укрупненную структурную схему тепловой модели КУ

страница 199 - рисунок 3.24 - температурное, поле корпуса БИС , находящегося в КУ при охлаждении через теплорастекатель а охлаждающую жидкость в трубке

страница 199 - рисунок 3.25 - зависимость безразмерной максимальной температуры кристалла БИС от коэффициента теплоотдачи с крышки разъема и нижнею телоотвода

страница 201 — формула 3.24 — определение граничного паросодержания для кипящих хладонов

страница 202 - формулы - 3.26 - 3.29 - пример расчетных формул для трубки с определенными размерами.

Для удобства поиска необходимой методики расчета тепловых режимов блоков и элементов РЭС, ниже приводится описание конкретных методик, с указанием в каких подпунктах они описаны.

Влияние тепловых параметров дискретных элементов не тепловой режим РЭС: 7.1.2.

Определение оптимальных коэффициентов нагрузки элементов РЭС: 7.1.4.

Обеспечение заданного теплового режима при проектировании микроминиатюрных элементов: 7.1.5.

Порядок расчета теплового режима блока в герметичном корпусе с внутренним перемешиванием: 7.1.7.

Порядок расчета теплового режима блока в герметичном корпусе с наружным обдувом: 7.1.8.

Порядок расчета теплового режима блока в герметичном сребренном корпусе: 7.1.9.

Порядок расчета теплового режима блока в перфорированном корпусе: 7.1.10.

Расчет теплового режима «больших» элементов: 7.1.1.

Перенос тепла за счет теплопроводности: 7.3.1.

Перенос тепла за счет конвекции: 7.3.2.

Перенос тепла за счет теплового излучения: 7.3.3.

Порядок расчета температурного поля: 7.3.4.

Расчет теплового режима аппаратной машины: 7.3.5.

Расчет термостата: 73.6.

Расчет тепловых режимов РЭС с воздушным охлаждением: 7.1.11, 7.3.7.

Расчеты тепловых режимов полупроводниковых приборов, интегральных микросхем и микросборок: 7.1.3,7.3.8, 7.12.1, 7.12.2, 7.12.3.

Тепловой расчет блоков кассетной конструкции: 7.5.2.

Методика численного расчета температур элементов на плате: 7.5.3.

Расчет температурного поля пластины с локальным источником: 7.6.1.

Графоаналитический метод расчета компактных теплообменников: 7.6.3.

Определение эффективного коэффициента теплоотдачи радиаторов с воздушным охлаждением: 7.6.4.

Графоаналитический метод расчета теплового режима одноблочных кассетных РЭС при свободной вентиляции: 7.6.5.

Расчет теплового сопротивления от интегральной схемы к корпусу

блока: 7.7.1.

Анализ теплового режима многоблочной стойки с принудительной вентиляцией: 7.7.3.

Поверочный расчет температуры корпуса интегральной схемы при жидкостном охлаждении многоблочной стойки: 7.7.4.

Методика определения температуры основания 1-ой интегральной схемы k-ro субблока исходя из известной температуры воды на Выходе в плиту блока: 7.7.5.

Расчет температурных полей и теплового сопротивления в статистическом и динамическом режимах мощных биполярных СВЧ-транзисторов: 7.8.1.

Расчет теплового сопротивления лавиннопролетного диода - с кольцевыми р-n переходами: 7.11.4.

Расчет и конструирование систем охлаждения ЭВМ: 7.13.1, 7.13.2, 7.13.4,7.13.5,7.13.6,7,13.7.

Различные справочные данные: 7.6.6.