Расчёт основных параметров печатной платы и обоснование экономических показателей при её внедрении, страница 14

1)  Определение температуры корпуса блока;

2)  Определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны;

3)  Определение температуры поверхности корпуса ЭРИ.

Будем считать, что в результате проведенных тепловых расчетов 1- и 2-го этапов определены:

·  - перегрев корпуса блока во втором приближении относительно окружающей среды;

· - нагрев нагретой зоны во втором приближении относительно окружающей среды.

Этап 3.Расчет температуры поверхности ЭРИ

Рассмотрим пример теплового расчета для ячейки, приведенной на рис.

Определение температуры корпуса микросхемы

Исходные данные: материал ПП – стеклотекстолит. Расположение ЭРИ на ПП – одностороннее. =- теплопроводность материала основания ПП. с₁=19,5 мм; с₂=7,5 мм – размеры корпуса ИМС;  - коэффициент теплоотдачи от корпусов микросхем, =30 Вт/(м²*К);  - зазор между микросхемой и ПП, = 1 мм; Q_ИСi – мощность, рассеиваемая i-й микросхемой (в нашем случае для всех ИМС одинаковая и равна 0,004 Вт). Толщина ПП h_n=1.5*10^-3 м.

 - перегрев корпуса блока во втором приближении относительно окружающей среды; - нагрев нагретой зоны во втором приближении относительно окружающей среды; t_o= 45 ^o C –температура окружающей среды.

Температура корпуса ИМС определяется в такой последовательности.

4.1.Определяем эквивалентный коэффициент теплопроводности модуля, в котором расположена микросхема. Для нашего случая, когда отсутствуют теплопроводные шины для установки ИМС

=, где- теплопроводность материала основания ПП.

4.2.Определяем эквивалентный радиус корпуса микросхем

Для

Здесь S_{o ИС} = С₁С₂ – площадь основания микросхемы (с₁=19,5 мм; с₂=7,5 мм – размеры корпуса ИМС).

4.3.Рассчитываем коэффициент распространения теплового потока

где  - коэффициенты теплообмена с 1- и 2-й стороны ПП; для естественного теплообмена = 17 Вт/(м²*К);

h_ПП – толщина ПП.

4.4.Определяем искомый перегрев поверхности корпуса микросхемы для ИМС, находящейся в середине ПП и поэтому работающей в наихудшем тепловом режиме ( для ДД4):

Поскольку для нашего примера N_i=2, следовательно, под знаком находятся два слагаемых и последнюю формулу можно представить в виде четырех слагаемых:

, 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 – эмперический 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;

k_α – коэффициент теплоотдачи от корпусов микросхем

k_α=30 Вт/(м²*К);

S_ИС – площадь поверхности корпуса микросхемы;

N_i – число i-х корпусов микросхем, расположенный вокруг корпуса рассчитываемой микросхемы на расстоянии не более r_i=10/m,

r_i=10/217,3= 0,046 м.

Для нашей ячейки число корпусов микросхем. Расположенных на данном расстоянии от микросхемы ДД4 N_i=2. Это микросхемы ДД5 и ДД6.

Для дальнейших расчетов определим площадь корпусов, основания и радиусы микросхем ДД4, ДД5 и ДД6.

Микросхема ДД4 – корпус 201.16-6 (19,5х7,5х5мм):

S_{ИС ДД4}=562,5 мм²; R_{ИС ДД4}=6,823*10^-3м;

S_{основания ИС ДД4}= 146,25 мм².

Микросхема ДД5,в корпусе 401.14-15 (6,7х10х1,97мм), находящаяся на расстоянии r_ДД5=0,02 мм от ДД4:

S_{ИС ДД5}=199,8 мм²; R_{ИС ДД5}=4,62*10^-3м;

S_{основания ИС ДД5}= 67,0 мм².

Микросхема ДД6,в корпусе 402.16-32 (9,3х11,5х2,5мм), находящаяся на расстоянии r_ДД6=0,04 мм:

S_{ИС ДД6}=317,9 мм²; R_{ИС ДД6}=5,84*10^-3м;

S_{основания ИС ДД6}= 106, 95 мм².

K₁ и K ₀ – модифицированные функции  Бесселя:

для ДД4:  K₁(mR) =K₁(217.3*0.006823)=0.284;

K₀(mR) =K₀(217.3*0.006823)=0.219;

для ДД5:  K₀(mr) =K₀(217.3*0.002)=K₀(4.3)=0.0079;

K₀(mR) =K₀(217.3*0.00462)=K₀(0.999)=0.421;

K₁(mR) =K₁(217.3*0.00462)=K₁(0.999)=0.60;

для ДД6:  K₀(mr) =K₀(217.3*0.04)=K₀(0.869)=0.52;

K₀(mR) =K₀(217.3*0.00584)=K₀(1.269)=0.295;