Почти всегда в результате разработки топологии остаегся несколько соединительных линий, которые- не уложились в полученный рисунок. Их допускается выполнять в виде проволочных перемычек, устанавливаемых вместе с навесными элементами.

Как отмечалось ранее, многослойный печатный монтаж был вызван к жизни применением в РЭА многополюсных элементов - микросхем. Эти микросхемы имели невысокую степень интеграции. По мере увеличения степени интеграции коммутационная нагрузка переходит с печатной платы на «территорию» микросхем. Чем выше степень интеграции входящих в РЭА ИС и чем меньше в ней неинтегрированных схемных элементов и ИС с низкой степенью интеграции, тем меньшая коммутационная нагрузка ложится на соединительную печатную плату.

Глава четвертая

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАННОГО ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА

4-1. Общие вопросы охлаждения

и предварительная проработка конгтрук14Ии

Общие понятия и определения. Естественное и принудительное охлаждение. Основные пути снижения температуры внутри РЭА.

В большей части РЭА лишь несколько процентов подводимой мощности расходуется на полезное преобразование сигнала, остальная часть выделяется в виде тепловой энергии. Температурный режим ограничивает степень уменьшения размеров РЭА, приходится предусматривать охлаждение, что приводит к увели,чению веса и габаритов. При изучении теплового режиму РЭА применяют приближенные физико-математические методы.

Перенос тепловой энергии из одной части РЭА в другую ее часть или в окружающую среду называют теплообменом. Температурное состояние, т. е. пространственно-временное изменение температуры, называют тепловым режимом РЭА.

Перенос тепловой энергии осуществляется теплопроводностью (кон-дукцией), конвекцией и излучением. В реальных условиях все три способа переноса энергии существуют одновременно и в совокупности определяют тепловой режим РЭА.

Относительно точный расчет теплоотдачи возможен только для тел простой геометрической формы, поэтому расчет теплоотвода в РЭА носит оценочный характер, необходимый для установления исходных параметров конструкции.

Комплекс мероприятий, направленных на снижение температуры, сложен и требует значительных материальных затрат, поэтому в процессе разработки РЭА необходимо уделять внимание экономически обоснованному решению задачи теплоотвода. По соображениям экономичности прежде всего нужно стремиться к созданию естественной конвекции, принимая меры по интенсификации передачи тепла другими способами (излучением и теплопроводностью).

От наружных поверхностей РЭА при нормальных климатических условиях и при естественном охлаждении около 80% тепла отводится за счет конвекции, приблизительно 10% излучением и 10% за счет теплопроводности.

По тепловому режиму блоки и узлы РЭА можно разделить на т е п л о -нагруженные и нетеплонагруженные. Оценка тепловой нагрузки производится по тепловому потоку, проходящему через единицу поверхности. Для определенности условимся) считать, что до 0,05 вт/см характеризуют малую тепловую нагрузку, свыше 0,05 вт/см - большую.

Прежде чем разрабатывать конструкцию РЭА, необходимо установить степень тепловой нагрузки всех элементов. Затем нужно обеспечить такую структуру конструкции, при которой теплочувствительцые элементы были бы изолированы от теплонагруженных. Если возможно, то теплонагруженные и теплочувствительные элементы должны размещаться в отдельных блоках (субблоках).

В блоках с малой тепловой нагрузкой при естественной конвекции температура среды внутренних объемов не превышает окружающую более чем на А = 30° С. Теплонагруженные блоки требуют введения принудительного охлаждения, вид и способ которого зависят от плотности теплового потока (q, вт/см).

Системы охлаждения по физическому состоянию охлаждающей среды могут быть: . . ,

естественно-воздушные ....... 9 0,2 вт/см;

принудительно-воздушные ...... emlcM;

жидкостные..........., 9 20 вт/см;

испарительные .......... 9 200 едл/сж. • • .

Если предварительные расчеты показывают, что воздушным охлаждением, даже принудительным, не удается уменьшить температуру до желаемой, то применяют жидкостное охлаждение. Наиболее интенсивный вид охлаждения - испарением.

Рассмотрим основные положения при теплоотводе кондукцией. Улучшить передачу тепла от теплонагруженных к более холодным и теплоемким элементам можно за счет снижения тепловых сопротивлений. Малые тепловые сопротивления от корпуса ко всем элементам конструкции способствуют выравниванию температуры. В некоторых случаях передача тепла кондукцией является единственно возможной(например, в герметичных блоках). Большое значение имеют тепловые контакты в соединительных узлах мощных транзисторов с радиаторами. Если между металлическими поверхностями находится изоляционная прокладка, лак, краска, то тепловое сопротивление увеличивается в сотни раз.

Значения удельного теплового сопротивления /?уд см -град/вт для некоторых материалов при чистоте обработки по 5-му классу и удельной нагрузке 100 кгс/см:

Медь-алюминий ......0,08 Сталь-медь.........0,8

Медь-медь ......... 0,1 Сталь-дюралюминий ... \ 1,2

Медь-латунь........0,18 Сталь-сталь ........2,"5

Медь-дюралюминий.....0,2 Сталь-сталь (резьбовое соеди-

Дюр алюминий-дюралюминий 0,25 нение) ..........6,0

Металл-краска-металл . . . 20,0

В конструкционном соединении теплопроводность контакта будет зависеть от чистоты поверхностей соединяемых элементов, от величины контактного давления и соединяемых материалов. Загрязнения, неровности, образующие воздушные прослойки, ухудшают тепловой контакт.

Уменьшение контактного теплового сопротивления может быть произведено за счет: применения материалов с большей теплопроводностью, выбора более пластичных материалов (или гальванических покрытий), уменьшения шероховатости соединяемых поверхностей с одновременным увеличением давления, применения пластичных прокладок с большой теплопроводностью.

Наиболее подходящими металлами, обеспечивающими малое контактное тепловое сопротивление, являются медь и алюминий. В качестве металлов покрытий целесообразно применять кадмий и олово. Хорошими пластическими прокладками являются свинцовые, медные и алюминиевые, которые снижают контактное тепловое сопротивление примерно вдвое. Заполнение воздушных прослоек теплопроводящей пастой (например, КПТ-8) снижает тепловое сопротивление примерно в 1,5 раза. Винтовые соединения обеспечивают хороший тепловой контакт при больших, нагрузках, в связи с чем

предпочтительны винты большого, диаметра, допускающие большие усилия свинчивания. Хорошие тепловые контакты обеспечиваются самонарезающими винтами.

Хороший тепловой контакт в электрически изолированных соединительных узлах обеспечить трудно.

Значения коэффициентов теплопроводности относительно теплопроводности меди, принимаемой за единицу, следующие:

Вакуумплотная керамика - .

брокерит (на основе окиси бериллия)............... 0,2

,.А.люмоксид (на основе окиси алюминия).......... . . 0,02

Слюда щипаная флогопит ..........~.......... 0,0005

Применение сопрягаемых деталей из анодированного алюминия позволяет испЬльзовать в - качестве электроизоляционной прокладки пленку из окиси , алюминия толщиной 50 мкм. Столь малая толщина прокладки приводит к малому тепловому сопротивлению.

Рис. 4-1. Обеспечение теплового контакта между передней панелью и кожухом

1 - передняя панель;

2 - бронзовая пружина; 3 - кожух; 4 - резиновая прокладка

LRJUULRJl.

Рис. 4-2. Обеспечение, теплового контакта между

кожухом и шасси: а - расположение контактной пружины; б - форма ее

1 - шасси; 2 - кожух; 3 - бронзовая пружина

Отвод тепла от теплонагруженных элементов в печатных платах затруднен низкой теплопроводностью изоляционного основания платы. Из-за малого поперечного сечения металлизированных участков отвод тепла по металлу составляет малую часть. Поэтому возникает необходимость применения дополнительных теплоотводящих массивных шин, имеющих тепловые контакты с теплонагруженными элементами и корпусом блока.

Тепловые контакты элементов конструкции с корпусом имеют особое значение в герметичных устройствах. В такой конструкции должныбыть обеспечены хорошие тепловые контакты между внутренними элементами и корпусом или передней панелью. При наличии между корпусом и передней панелью (с целью герметизации) резиновых прокладок применяют дополнительные упругие соединительные прокладки в виде плоских бронзовых пружин (рис. 4-1). Подобные пружины используют для обеспечения теплового контакта шасси с внутренней поверхностью (рис. 4-2).

Рассмотренные элементы .улучшают не только тепловой, но и электрический контакт между разъемными частями конструкции, что важно при экранировании.

Для герметичных конструкций сравнительно больших размеров вместо резиновых прокладок иногда используют свинцовые. В этом случае обеспечивается хороший тепловой контакт.

Рассмотрим основные положения при теплоотводе с помощью естественного воздушного охлаждения, т. е. конвекцией. В этом случае конструкция должна отвечать следующим требованиям: 1) обеспечивать хорошее обтекание холодным воздухом всех элементов конструкции, особенно тепло-