close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

lab4 (3)

код для вставкиСкачать
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
Расчет теплового режима узла на печатной плате
Цель работы: расчет температуры поверхности самого теплонагруженного элемента схемы и анализ полученных результатов.
Одним из важнейших факторов, определяющих эксплуатационную надежность ЭА, является тепловой режим, обеспечение которого связано с выбором таких конструкций блока, ячейки и ПП, которые бы не препятствовали, а способствовали рассеиванию теплоты в окружающую среду. Это особенно актуально в связи с постоянным ростом функциональной, конструктивной сложности, тепловыделения ЭРИ, отношения выделяемой тепловой энергии к рассеиваемой в окружающее пространство и повышения температуры внутри ЭА, которое способствует увеличению интенсивности отказов ЭРИ за счет повышения допустимого нагрева ЭРИ.
Будем считать, что в результате проведенных тепловых расчетов первого и второго этапов определены:
Δtк.о.=1,797 °С - перегрев корпуса блока во втором приближении относительно окружающей среды (из расчета первого этапа);
Δtз.о.=3,884 °С - нагрев нагретой зоны во втором приближении относительно окружающей среды (из расчета второго этапа).
Порядок выполнения работы
Из анализа чертежа выполненного в лабораторной работе 2 можно сделать вывод, что самым теплонагруженным элементом данной ячейки является элемент DD2 К555ЛЛ1.
Исходные данные: материал основания ПП - стеклотекстолит. Расположение ЭРИ на ПП - одностороннее. λп=0,24 Вт/(м·К) - теплопроводность материала основания ПП. с1=19,5 мм; с2=7,5 мм - размеры корпуса ИМС. Kα - коэффициент теплоотдачи от корпусов микросхем; Kα=30 Вт/(м2·К). δз.i - зазор между микросхемой и ПП; δз.i=1 мм. QИСi - мощность, рассеиваемая i-той микросхемой; QDD2=0,028 Вт. Толщина ПП hп=1,5·10-3 м.
Δtк.о.=1,797 °С - перегрев корпуса блока во втором приближении относительно окружающей среды (из расчета первого этапа); Δtз.о.=3,884 °С - нагрев на- гретой зоны во втором приближении относительно окружающей среды (из расчета второго этапа); t0=25 °C - температура окружающей среды.
Определяют эквивалентный коэффициент теплопроводности модуля, в котором расположена микросхема. Если отсутствуют теплопроводные шины для установки ИМС,
экв п 0,24 Втм К ,
где λп - теплопроводность материала основания ПП.
Определяют эквивалентный радиус корпуса микросхем:
R=√(S_(o ис)/π)=√((с_1 с_2)/π)=√((0.0195*0.0075)/π)=6.823*〖10〗^(-3) (м)
Здесь S0ИС = с1·с2 - площадь основания микросхемы (с1=19,5 мм; с2=7,5 мм - размеры корпуса).
Рассчитывают коэффициент распространения теплового потока
m=√(((α_1+α_2))/(h_n*λ_экв ))=√(17/(0.0015*0.24))=217,307
где α1 и α2 - коэффициенты теплообмена с 1- и 2-ой стороной ПП; для естественного теплообмена α1+α2=17 Вт/(м2·К); hп - толщина ПП
Определяют искомый перегрев поверхности корпуса микросхемы для ИМС, находящейся в середине ПП и поэтому работающей в наихудшем тепловом режиме
〖Δt〗_ис=〖Δt〗_B+k[Q_ис/(K_α (S_ис-S_(0 ис) )+1/(δ_з/(λ_з πR^2 )+1/(B+MπRλ_экв h_п m (K_1 (mR))/(K_0 (mR) ))))]+
∑_(i=1)^N▒(Q_исi (K_0 (mr_i ))/(K_0 (mR_i ) ))/(K_αi (S_исi-S_(0 исi) ){1+[δ_зi/(λ_зi π〖R^2〗_i )+1/(K_αi (S_исi-S_(0 исi) ) )](B_i+M_i πRλ_экв h_п m (K_1 (mR_i ))/(K_0 (mR_i ) ))} )
где В и М - условные величины, введенные для упрощения формы записи, при одностороннем расположении корпусов микросхем на ПП; В=8,5πR2 Вт/(м·К), М=2;
k - эмпирический коэффициент: для корпусов микросхем, центр которых отстоит от концов ПП на расстоянии менее 3R, k=1,14; для корпусов микросхем, центр которых отстоит от концов ПП на расстоянии более 3R, k=1;
Kα - коэффициент теплоотдачи от корпусов микросхем, Кα=30 Вт/(м2·К);
SИС - суммарная площадь поверхности корпуса микросхемы;
Ni - число i-тых корпусов микросхем, расположенных вокруг корпуса рассчитываемой микросхемы на расстоянии не более ri=10/m,
r_i=10/217,307=0,046 (м)
Для данной ячейки число корпусов микросхем, расположенных на данном расстоянии от микросхемы DD2 Ni=2. Это все микросхемы, входящие в состав данной ячейки. Следовательно, под знаком Σ находятся два слагаемых, и последнюю формулу можно представить в виде пяти слагаемых:
tИСDD4 tB t1DD1 t1DD 2 t1DD3.
Для дальнейших расчетов определим площадь корпусов, основания и радиусы заданных микросхем. В данном случае все микросхемы располагаются в корпусе типа 201.14 (19,5×7,5×5 мм)
(мм2)
(мм2)
m=217,307
R=6.823*〖10〗^(-3) (м)
r=0,046 (м)
К1 и К0 - модифицированные функции Бесселя (рассчитываются с помощью MathCad):
K0(mR)=
K1(mR)=
Для микросхемы DD1, находящейся на расстоянии r=0,02 м от DD2
Для микросхемы DD3, находящейся на расстоянии r=0,02 м от DD2
Среднеобъемный перегрев воздуха в блоке Δt_в=(Δt_(k.o)+Δt_(з.о))/2
где Δtк.о.=1,797 °С - перегрев корпуса блока во втором приближении относительно окружающей среды; Δtз.о.=3,884 °С - нагрев нагретой зоны во втором приближении относительно окружающей среды.
Тогда
Δt_в=(1,797+3,884)/2=2,841 °С.
λз - теплопроводность сухого воздуха в зазоре
Для данного случая λз=2,64·102 Вт/(м·К)
В результате получаем
Δt1DD1 = 0,038°C; Δt1DD2 = 1.548°C; Δt1DD3 = 0,038°C;
Подставляя численные значения в формулу, получаем
tИСDD4 tB t1DD1 t1DD 2 t1DD3 = 2,841+1,548+0,038+0,038 = 4,465°C
Определяют температуру поверхности корпуса микросхемы.
tИС = t0+ΔtИС; tис = 25+4,465 = 29,465°C.
Рассчитанная температура перегрева удовлетворяет условиям эксплуатации микросхемы. Из справочных данных допустимая температура для данной микросхемы составляет -10...+70 °C, т.е. дополнительной системы охлаждения не требуется.
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
52
Размер файла
71 Кб
Теги
lab4
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа