P3 = О»Р…1J/в„“,
де P3 - кількість тепла, переданого кондукціей в одиницю часу від однієї ізотермічної поверхні сполучених тіл до іншої, Вт;
О» - коефіцієнт теплопровідності тіла, що визначається за таблицями фізичних констант матеріалу, Вт/м 0С;
в„“ * S * V-довжина шляху теплового потоку, м;
S1-площа поперечного перерізу теплового потоку, м2.
Особливості теплових режимів блоків МЕА полягають у наступному:
в блоках МЕА припустима більш висока питома потужність розсіювання ніж в блоках РЕА перших "поколінь",
основним видом передачі тепла всередині блоків МЕА є теплопровідність.
Найбільш критичними до локальних перегрівів в блоках МЕА є безкорпусні напівпровідникові прилади (транзистори, діоди, ІС1).
Перша особливість обумовлена ​​зменшенням лінійних розміром блоків. Припустимо, що блок РЕА має умовну форму куба зі стороною L. Тоді, обсяг його дорівнює L3, а площа тепловіддачі 6L3. Величина розсіюваною потужності виразиться як:
P = k * S * J,
де k - сумарний коефіцієнт теплопередачі блоку за рахунок конвекції і випромінювання в зовнішнє середовище, S = 6L2.
З іншого боку, ця ж потужність може бути представлена, як
P = Pуд * V,
де Руд - питома потужність розсіювання в блоці, V = L3.
Вирішуючи ці два вирази спільно, можна визначити, що Руд = 6k * V/L. Звідки видно, що зі зменшенням габаритів блоку, його питома потужність зростає. З цієї причини для МЕА допускаються значення питомої потужності порядку 15 ... 20 Вт/дм3 замість 3 ... 5 Вт/дм3 для блоків РЕА на дискретних елементах.
Друга особливість визначається тим фактором, що блоки МЕА мають високий коефіцієнт заповнення обсягу і вельми малі внутрішні газові канали передачі тепла. Оскільки матеріали конструкції (алюмінієві, магнієві сплави, ситалл, поликор тощо) мають високу або середню теплопровідність і вельми низьке значення щодо ступеня чорноти (порядку сотих-десятих часток одиниці), то можливості передачі тепла за допомогою кондукції набагато значніше, ніж за допомогою випромінювання.
Третя особливість випливає з того факту, що пасивні елементи ГІС, виконані в тонкоплівкових варіанті, досить термостійкі і стабільні (ТК в‰€ 3 * 10-4), а активні безкорпусні елементи практично не захищені від перегрівів. Крім цього, вони додатково в силу необхідності розділені від тепловідводної підкладки шаром клею, що має низьку теплопровідність (0,2 Вт/м 0С)
У зв'язку з викладеним рекомендують при розробці МЕА вибирати обсяг окремих її блоків не більше 0,5 ... 0,6 дм3, а в разі перегрівів, перевищують допустимі, робити оребрение корпусів при зовнішньому обдуве.
Найбільшою теплопровідністю, як відомо, мають метали, малої - тверді діелектрики і зовсім незначні - гази. Передача тепла теплопровідністю металів є основним видом тепловіддачі в МЕА. Крім цього, при компонуванні блоків і комірок джерела тепла (безкорпусні ІС, транзистори та інші радіоелементи) розташовують на металевих рамках, а тепловідведення від останніх здійснюють до основи або кришці корпусу за допомогою стяжних болтів. Для збільшення тепловіддачі застосовують матеріали з коефіцієнтом теплопровідності порядку 100 ... 200Вт/м 0С (алюмінієві сплави, латунь тощо). Одним із способів підвищення кондуктивной тепловіддачі є метод термоелектричного охолодження, заснованого на ефекті Пельтьє. Конструктивно це здійснюється підбором стовпчиків термоелементів між нагрітими осередками і корпусом блоку. Іншим способом захисту безкорпусних мікросхем від місцевих перегрівів є організація спрямованого тепловідведення від "гарячого" субблока на основу. У цьому випадку нагріте субблок, наприклад трансформаторний субблок харчування, може бути укріплений дном на бобишках підстави і ізольований діелектриком по остольние 5 сторонам.
При компонуванні блоків МЕА з метою забезпечення нормального теплового режиму існують деякі загальні рекомендації, а саме:
-більш нагріті комірки і субблоки слід монтувати ближче до основи-теплоотводу блоку,
-для зменшення локальних перегрівів окремі термочутливі вузли необхідно виносити на корпус або в ніші блоку, а потужніші ІС і транзистори слід розташовувати по периферії осередку, ближче до рамці,
-блоки живлення бажано розбивати на кілька окремих субблоеков (трансформаторних, стабілізаторние і т. п.) для збільшення сумарної поверхні тепловіддачі,
-за наявності зовнішнього обдування доцільно оребрненіе корпусів, причому ребра повинні розташовуватися вздовж потоку повітря.
2. Розрахунок теплових режимів МЕА
Розрахунок базується на відомому методі електротеплової аналогією, який полягає в тому, що перенесення теплової енергії в конструкціях розглядається аналогічно переносу електроенергії в електричних схемах. При передачі тепла аналогом сили струму є теплова потужність, аналогом різниці напрузі - різниця температу...
