Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Тепловой режим электронной аппаратуры

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 698497.01.99
Доступ онлайн
156 ₽
В корзину
В учебном пособии излагаются основы теплопередачи и расчета теплового режима электронной аппаратуры в объеме, предусмотренном стандартом для подготовки бакалавров по направлению 11.03.03 «Конструирование и технология элек-тронных средств». Пособие рекомендовано для студентов, обу-чающихся по данному направлению, а также для специалистов в области конструирования электронной аппаратуры.
Тепловой режим электронной аппаратуры: Учебное пособие / Палий А.В., Замков Е.Т., Саенко А.В. - Таганрог:Южный федеральный университет, 2016. - 109 с.: ISBN 978-5-9275-2192-0. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/996154 (дата обращения: 28.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
А.В. Палий, Е.Т. Замков, А.В. Саенко, Ю.В. Клунникова

Тепловой режим электронной аппаратуры

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное 

образовательное учреждение 

высшего образования 

«Южный федеральный университет»
Инженерно-технологическая академия

А.В. Палий, Е.Т. Замков, А.В. Саенко, Ю.В. Клунникова

Тепловой режим электронной аппаратуры

Учебное пособие

заведений, обучающихся по направлению подготовки

11.03.03 Конструирование и технология электронных средств

Таганрог

Издательство Южного федерального университета

2016

УДК 621.382 (075.8)
ББК 32.85я73
Т343

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Южного федерального университета

Рецензенты:

кандидат технических наук, доцент кафедры нанотехнологий и 

микросистемной техники Института нанотехнологий, 
электроники и приборостроения ЮФУ Авдеев С.П.;

кандидат технических наук, доцент, заместитель главного 

конструктора ТНИИС Горин А.М.

Палий, А.В. 

Т343
Тепловой режим электронной аппаратуры: учебное по
собие / Палий А.В., Замков Е.Т., Саенко А.В., Клунникова Ю.В.; Южный федеральный университет. – Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 
2016. – 109 с.

ISBN 978-5-9275-2192-0

В учебном пособии излагаются основы теплопередачи и 

расчета теплового режима электронной аппаратуры в объеме, 
предусмотренном стандартом для подготовки бакалавров по 
направлению 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств». Пособие рекомендовано для студентов, обучающихся по данному направлению, а также для специалистов в 
области конструирования электронной аппаратуры. 

ISBN 978-5-9275-2192-0
УДК 621.382 (075.8)

ББК 32.85я73

© Южный федеральный университет, 2016
© Палий А.В., Замков Е.Т., Саенко А.В., Клунникова Ю.В., 2016

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................ 6

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОННОЙ АППА
РАТУРЕ, ЕE
ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМАХ И СПОСОБАХ 

ОХЛАЖДЕНИЯ................................................................................ 9

1.1. Элементная база электронной аппаратуры, основные поня
тия и определения............................................................................... 9

1.2. Характеристика условий эксплуатации аппаратуры ............. 12

1.3. Термостойкость элементной базы............................................ 15

1.4. Нормальный тепловой режим аппаратуры ............................. 18

1.5. Понятие о классах электронной аппаратуры .......................... 20

1.6. Способы охлаждения аппаратуры ........................................... 24

2. ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ............................................... 40

2.1. Передача тепла теплопроводностью........................................ 42

2.2. Передача тепла конвекцией...................................................... 44

2.3. Передача тепла излучением...................................................... 46

3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА СТАЦИОНАРНОГО И НЕСТАЦИ
ОНАРНОГО ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОННОЙ 

АППАРАТУРЫ............................................................................... 51

3.1. Расчет стационарного теплового режима микросборок при 

естественном воздушном охлаждении и внутреннем перемеши
вании воздуха.................................................................................... 51

3.2. Расчет стационарного теплового режима дискретных эле
ментов в блоке с естественным воздушным охлаждением и 

внутренним перемешиванием воздуха ........................................... 68

3.3. Расчет стационарного теплового режима микросборок (мик
росхем) в блоке при принудительном воздушном охлаждении .. 72

3.4. Расчет стационарного теплового режима дискретного эле
мента в блоке при принудительном воздушном охлаждении...... 80

3.5. Расчет нестационарного теплового режима при постоянной 

мощности и постоянной температуре окружающей среды.......... 84

3.6. Расчет нестационарного теплового режима при постоянной 

мощности и температуре окружающей среды, изменяющейся по 

линейному закону............................................................................. 85

3.7. Расчет нестационарного теплового режима при постоянной 

мощности и температуре окружающей среды, изменяющейся по 

экспоненциальному закону.............................................................. 86

3.8. Расчет нестационарного теплового режима при периодиче
ском импульсном выделении мощности и постоянной темпера
туре окружающей среды.................................................................. 87

3.9. Расчет нестационарного теплового режима при периодиче
ском импульсном выделении мощности и температуре окружа
ющей среды, изменяющейся по линейному закону...................... 87

3.10. Расчет нестационарного теплового режима при периодиче
ском импульсном выделении мощности и температуре окружа
ющей среды, изменяющейся по экспоненциальному закону....... 88

3.11. Расчет нестационарного теплового режима при апериоди
ческом импульсном выделении мощности .................................... 89

3.12. Расчет нестационарного теплового режима блока, работа
ющего в составе стойки (шкафа) при естественном воздушном 

охлаждении........................................................................................ 90

3.13. Расчет нестационарного теплового режима блока, работа
ющего в составе стойки (шкафа) при принудительном воздуш
ном охлаждении................................................................................ 93

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .............................................................................. 96

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................................ 98

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................ 100

ВВЕДЕНИЕ

Тепловые режимы электронной аппаратуры в значительной 

степени определяют надежность ее работы. Микроминиатюри
зация устройств электроники привела к необходимости учета 

тепловых режимов аппаратуры.

В связи с этим в многочисленных научно-исследователь
ских институтах и лабораториях радиотехнического профиля 

существуют рабочие группы и отделы для обеспечения нор
мальных тепловых режимов проектируемой аппаратуры. В 

настоящее время обширные сведения о теплообмене в электрон
ной аппаратуре принято относить к отдельному разделу тепло
физики, а знаний об общих законах теплообмена для успешного 

исследования тепловых режимов аппаратуры оказывается недо
статочно.

Исследования тепловых режимов электронных устройств

выдвинули также новые проблемы в области теории теплопро
водности. С точки зрения теплофизики электронная аппаратура

представляет собой систему тел с источниками и стоками энер
гии, сложным образом распределенных в пространстве и во вре
мени [1].

В некоторых случаях температурное поле такой системы 

можно описать с помощью простейших математических моделей 

однородных тел (цилиндр, шар, пластина, полупространство и т. 

д.), которые хорошо изучены в теории теплопроводности. По
этому специалистам, занимающимся исследованием тепловых

режимов электронной аппаратуры, приходится решать не только 

конкретные инженерные задачи, но и искать общие закономер
ности, управляющие пространственно-временным изменением 

температурного поля в сложной системе тел. Определение таких 

закономерностей имеет не только научное, но и практическое 

значение: в системах многих тел с источниками и стоками энер
гии количество комбинаций размеров, форм, свойств тел и т.п.

настолько велико, что эмпирические поиски приемлемого вари
анта конструкции становятся экономически неоправданными. 

Сложные системы тел встречаются не только в радиоэлектрони
ке, но и в других областях приборостроения, например, в оптике, 

автоматике. Поэтому возрастает интерес инженеров-конструк
торов к теории теплообмена вообще и, в частности, к тем разде
лам теплопроводности, в которых изучаются сложные системы 

тел.

Несмотря на актуальность рассматриваемой проблемы, 

имеющаяся немногочисленная литература по тепловым режи
мам электронной аппаратуры не отражает большую часть вопро
сов, возникающих на практике. Сведения о процессах теплооб
мена в электронной аппаратуре приводятся в статьях, немного
численных монографиях.

Учебное пособие представляет собой изложение основных 

идей и принципов исследования тепловых режимов электронной 

аппаратуры, содержит расчеты стационарного и нестационарно
го тепловых режимов устройств, а также список контрольных 

вопросов для проверки знаний студентов конструкторских 

направлений.  

1. Основные сведения об электронной аппаратуре, 

её тепловых режимах и способах охлаждения

1.1. Элементная база электронной аппаратуры,

основные понятия и определения

Современная электронная аппаратура отличается значи
тельной сложностью, но состоит из отдельных частей, каждая из 

которых в конструктивном и функциональном отношении зна
чительно проще всего устройства в целом. Рассмотрим отдель
ные части конструкции сложной аппаратуры. При этом начнем с 

наиболее простых элементов конструкции – радиодеталей, а за
кончим сложной системой, представляющей собой комплекс

различных приборов и устройств. Приводимые ниже термины и

определения заимствованы из специальной литературы [1-3].

Радиодеталью или элементом называют неделимую часть 

конструкции аппаратуры. Элементами, например, являются кон
денсаторы, резисторы, электронные лампы, предохранители, 

твердые схемы, полупроводниковые приборы и т. п.

Модуль – простейшая законченная конструкция, состоящая 

из элементов. Он имеет стандартные размеры, принятые за эта
лон для данной модульной системы. Тип модуля определяется 

выполняемой им функцией, например, усиления, триггера, логи
ческой схемы и т. п. Модуль, собранный из комплекса специаль
ных микроэлементов, называют микромодулем. Микросхемы 

(пленочные, твердые, гибридные) – это модули малых размеров, 

изготовляемые методами пленочной и полупроводниковой тех
нологии. Конструкции некоторых модулей, в частности, микро
модуля и микросхемы показаны на рис. 1.1. Законченная кон
струкция, состоящая из модулей, элементов, монтажной платы и 

электрического монтажа, представляет собой узел. Блок является

законченной конструкцией, состоящей из узлов, модулей, эле
ментов и электрического монтажа, смонтированной на общем 

шасси, каркасе, раме, плате и т.д. (рис. 1.2). Конструкцию, со
стоящую из двух или более блоков, установленных один над 

другим, называют стойкой. Различают стойки щитового и шкаф
ного типа: в стойках шкафного типа отдельные блоки заключены 

в общий корпус; в стойках щитового типа каждый блок имеет 

свой защитный кожух [4-6].

а                                                  б

Рис. 1.1. Конструкции электронных микромодуля (а) и

микросхемы (б)

Пульт управления – устройство с блоками, узлами и эле
ментами, имеющими органы управления, шкалы, контрольные, 

сигнальные и измерительные приборы. Пульт управления имеет 

форму, удобную для работы оператора.

Система (станция) представляет собой комплекс приборов,

стоек и пультов, имеющих общую кабельную связь и предназна
ченных для решения одной или нескольких самостоятельных 

технических задач.

Рис. 1.2. Блок электронной аппаратуры в перфорированном 

корпусе с теплоотводом

Рассматривая конструктивные составляющие электронной 

аппаратуры, отметим, что приведенная выше терминология не 

является исчерпывающей, не все рассмотренные термины обще
приняты. Развитие техники непрерывно приводит к появлению 

новых типов элементов и принципов конструирования аппара
туры. Этот процесс сопровождается возникновением других

терминов, более точно определяющих особенности новой техни
ки [6, 7].

При изучении тепловых режимов аппаратуры целесообраз
но использовать некоторое понятие, которое в одинаковой мере 

может быть применено ко всем составляющим аппаратуры. В 

качестве такого введем термин «электронное устройство», по
нимая под этим элемент, узел, блок, прибор, аппарат или сово
купность аппаратов. Наряду с этим, будем применять термин 

«электронная аппаратура», объединяя этим термином приборы, 

пульты, стойки независимо от их конструктивных и функцио
нальных особенностей [7].

1.2. Характеристика условий эксплуатации аппаратуры 

Электронная аппаратура может использоваться в наземных 

условиях в помещениях и на открытом воздухе, в кузовах и ка
бинах передвижных средств; на кораблях и других плавательных

средствах; на самолетах, ракетах и космических аппаратах. 

Доступ онлайн
156 ₽
В корзину