Различные тепловые модели аппаратов, нагретая зона которых образована совокупностью печатных плат (кассет) можно разделить на три группы, учитывая при этом основной механизм переноса тепла.

Группа А.

Между нагретой зоной и герметичным корпусом имеются зазоры; сквозная циркуляция газа между платами отсутствует. Основные механизмы переноса тепла от центральных частей нагретой зоны к её периферии – кондукция через твёрдые части конструкции, а также кондукция и излучение в газовых зазорах между ними. В зазорах между нагретой зоной и корпусом, заполненных воздухом, развивается конвекция. Иногда эти зазоры, а также пространство между платами могут быть залиты компаундом для увеличения вибростойкости конструкции.

К группе А можно отнести все аппараты, нагретая зона которых образована совокупностью горизонтально ориентированных плат. К этой же группе относятся аппараты с нагретой зоной, составленной из вертикально ориентированных плат, если выполнено хотя бы одно из следующих условий: толщина среднего зазора между поверхностью деталей и соседней платой не превышает 2-3 мм, отсутствует гравитация, давление внутри аппарата менее 10 мм.рт.ст.

Группа Б.

Сюда относятся все аппараты, нагретая зона которых образована системой вертикально ориентированных печатных плат. При этом предполагается, что существует гравитация, средний поперечный зазор между поверхностями деталей и соседней платой превышает 2-3 мм, давление газа внутри аппарата более 10 мм.рт.ст. В зазорах между платами, а также между нагретой зоной и герметичным либо перфорированным корпусом – теплообмен за счёт конвекции. На ряду с этим теплопередача в аппарате осуществляется излучением через зазоры и кондукцией по твёрдым частям конструкции нагретой зоны.

Рис.4.6. Пример аппарата группы Б.

Группа В.

Между нагретой зоной и корпусом отсутствует зазор, при этом роль корпуса могут выполнять рамки, полностью или частично охватывающие каждую плату, либо специальный корпус. Перенос тепла от центральных частей нагретой зоны к её поверхности осуществляется кондукцией по твёрдым частям системы и излучением через воздушные прослойки. Для увеличения теплопередачи кондукцией внутри нагретой зоны часто располагают металлические шины. С поверхностей нагретой зоны отвод тепла осуществляется различными способами, например к жидкости, протекающей по разным каналам.

Приближённый расчёт для группы Б:

При анализе температурного поля нагретой зоны примем следующие допущения и ограничения:

1. Нагретая зона состоит из плоских пластин с гладкими поверхностями. Между пластинами имеются каналы, в которых протекают воздушные потоки.

2. Пластины имеют одинаковые размеры (L_x, L_z, d) и разделены вертикальными каналами одинаковой ширины b (рис.13.б). При этом d<<L_x, L_z; b<<L_x, L_z.

3. Источники тепла распределены по всем пластинам равномерно.

4. Между нагретой зоной и корпусом имеются периферийные зазоры, толщина которых не меньше ширины каналов между платами.

5. Характер потоков воздуха во всех каналах ламинарный и полностью стабилизирован по длине.

6. Кондуктивные связи плат с корпусом через монтажные элементы конструкции незначительны и их можно не учитывать.

Эффективная толщина печатной платы может быть найдена из условия равенства объёмов реальной платы с функциональными узлами или радиодеталями и эффективной платы, т.е.

, (4.51)

где V_g – объём всех деталей, расположенных на плате. При этом эффективная ширина канала между двумя соседними пластинами

. (4.52)

Представим тепловую проводимость s_зв в виде суммы двух проводимостей s_зв =s_зв1 + s_зв2, где s_зв1 – тепловая проводимость между внутренними поверхностями плат и воздухом; s_зв2 – тепловая проводимость между всеми внешними поверхностями нагретой зоны и воздухом.

Площадь внутренних поверхностей нагретой зоны равна S_зв1= 2(N — 1)L_x L_z.

Площадь наружной поверхности нагретой зоны равна S_зв2=2L_xL_z+2Nd_эф(L_x+L_z).

Конвективный коэффициент теплообмена a_кв при расчёте s_кв определим приближённо, полагая, что a_кв=a_зв2. Площадь поверхности излучающей нагретой зоны равна S_зл=2L_y L_z + 2L_x(L_y + L_z), где L_y=Nb_эф + (N-1)d_эф. Остальные коэффициенты находим по уже известным формулам.

В результате получаем

[Вт/м²град], тогда

(4.53)

ЛИТЕРАТУРА

1. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА. Справ. пособие / Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов, Т.П. Новикова. – М.: Радио и связь, — 1984. – 256 с.

2. Ушаков Н.Н. Технология производства ЭВМ: Учеб. для студ. вузов по спец. «Вычислит. машины, комплексы, системы и сети». – 3-е изд., перераб. и доп. – М.:Высш. шк., 1991. – 416 с.

3. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надёжность. – М.: Высшая школа, 1986. – 412 с.

4. Преснухин Л.Н., Шахнов В.А. Конструирование электронных вычислительных машин и систем. – М.: Высшая школа, 1986. – 386 с.

1. Дульнев Г.Н., Тарновский Н.Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры.

– М.: Энергия, 1971. – 248 с.