Реферат: Тепловые и механические характеристики электронных средств

Особенностью МЭА по сравнению с обычной РЭА является её повышенная виброустойчивость, вибро- и ударопрочность. Объясняется это следующим. Во-первых, поскольку частоты собственных колебаний радиоэлектронного аппарата, определяемые выражением ƒ0i = 1/2π*√ki /mi, где ki, mi - соответственно жёсткость крепления и массы i-ых элементов конструкции, при заметном уменьшении масс и увеличении жёсткости крепления элементов МЭА значительно возрастает, то это приводит к уменьшению числа опасных низкочастотных резонансов. Опасность низкочастотного резонанса в РЭА проявляется в резком увеличении амплитуды колебаний тел при вынужденной вибрации, определяемой выражением А= 250n /ƒ2, мм, где n - величина перегрузки, ƒ – частота вибрации, Гц. Во-вторых, для МЭА и её элементов при линейных ускорениях и ударах, значительно уменьшаются разрушающие силы Fi= n*mi*g, поскольку массы элементов конструкции опять-таки имеют малые величины.

Степень защиты МЭА от механических воздействий во многом зависит от прочности ГИС и методов их крепления в металлических рамках ячеек.

Прочность ГИС от воздействия ударов и вибраций, в основном определяется прочностью выводов навесных активных бескорпусных элементов и перемычек. На подложке типовой ГИС устанавливается обычно несколько десятков бескорпусных полупроводниковых приборов и перемычек. Каждый полупроводниковый прибор имеет по несколько выводов. Вибропрочность выводов определяется их длиной и консольностью. Допустимыми считается размеры перемычек и выводов по длине L ≤ 100d и консольности c ≤ 10d, где d- диаметр проводника, обычно равный 0,05 мм. Выводы и перемычки не должны иметь перегибов, а разварка их на подложке должна осуществляться без натяга. При этом допускаемые нормальные напряжения усилий на разрыв не должны превышать при вибрациях 2кг/мм2, при линейных ускорениях 4,3 кг/мм2 и ударах 7,2 кг/мм2.

Установлено, что ГИС, обладающие запасом вибропрочности, заведомо прочны к воздействиям ударов и линейных ускорений. При вибрациях на низких частотах наиболее опасны для ГИС амплитуды изгибных колебаний, приводящие к отрыву выводов, а на верхних частотах - виброскорости колебаний, создающие усталостные напряжения в элементах ГИС. Приняты следующие ограничения по амплитуде изгибных колебаний подложек ГИС и допустимые виброскорости соответственно А ≤ 0,3 мм и J ≤ 800 мм/с.

Расчет виброчности ячейки, как несущей конструкции ГИС, сводится к определению собственной частоты ячейки, сравнению её со значениями частот, определяемых из условий допустимой амплитуды и виброскорости в заданном в диапазоне частот внешних вибраций к выбору того или иного типа крепления ГИС в ячейки по заданным величинам. Тип крепления ГИС в ячейки определяет её коэффициент динамичности β. Коэффициент динамичности показывает, в какое число раз конструкция ячейки усиливает внешние колебания. Чем меньше коэффициент динамичности, тем слабее нежелательные резонансные свойства ячейки.

Расчет собственной частоты ячейки может быть проведен приблизительно по формуле:

ƒ0≈ (1/2π)*(π(1+ a2/b2)/a2)*√k/m,

где а и в - длина и ширина ячейки,

k-жесткость ячейки, соответствующая жесткости платы рамки,

m - приведенная погонная масса ячейки.

Допустимые значения собственной частоты ячейки из условий максимально возможных амплитуды и виброскорости могут быть найдены из следующих соотношений:

ƒ01= 1/2π*√β*n*g/A,

ƒ02= 1/2π* β*n*g/J.

где n - величина перегрузки при вибрациях,

g - ускорение силы тяжести м/с2.

Определение эффективности вибропрочности того или иного типа ячейки при заданных параметрах внешних вибраций удобно проводить по номограмме. Номограмма представляет собой ряд графиков, построенных в координатах « величина перегрузки – частота ». Ломанные линии, образующие семейство графиков для различных коэффициентов динамичности ячеек, получены расчетным путем по формулам выше из условий допустимых значений амплитуды А ≤ 0,3 мм, и виброскорости J ≤ 800 мм/с. Причём левые части кривых соответствуют первому условию, а правые (более пологих ) – второму. В точке излома выполняются оба условия вместе. Таким образом, область, ограниченная кривой графика сверху является областью нормального обеспечения вибропрочости. Ступенчатая кривая отображает заданные параметры внешних вибраций (величины перегрузок в определённых диапазонах частот). После определения собственной частоты ячейки необходимо из расчетной точки восстановить перпендикуляр и сравнить уровень перегрузок на этой частоте для внешних вибраций (ступенчатая кривая) и допустимый уровень перегрузок ячеек (ломаная кривая с выбранным β). Если первый уровень выше второго, то из семейства ломанных кривых надо выбрать такой, где его условие будет нарушено, т. е. принять тип ячейки с меньшим β, который обеспечит требуемую вибропрочность.

В заключении остановимся на некоторых вопросах применения амортизаторов в МЭА. В связи с малой массой блоков МЭА прогиб амортизаторов Z0, мм под действием силы тяжести блока становится весьма незначительным, это приводит к увеличению собственной частоты системы амортизируемых тел

ƒ0A= 15,8/√ Z0, Гц

и резкому уменьшению частот вынужденных и собственных колебаний ƒ/ƒ0A. Последнее значительно ухудшает эффективность амортизации (обычно выбирают ƒ0A в 10 раз меньше ƒ, при этом эффективность составляет 99,9 %). По этой причине применение амортизаторов в МЭА, как правило, нецелесообразно. При существующей тенденции уменьшения габаритов и весов блоков одновременно должны выполняться требования по уменьшению этих показателей амортизаторов. Однако стремление выполнять эти требования приводит к низкой эффективности амортизаторов из-за неспособности снизить ударные перегрузки при их длительности более 0.015 сек и наличия резонансных частот амортизаторов в рабочем диапазоне вибраций МЭА. Поэтому надо признать, что наиболее эффективным средством защиты блоков МЭА и их компонентов от механических воздействий в настоящее время является демпфирование микросхем в ячейках с помощью вязко - упругого компаунда типа КТ-102, выполняющего одновременно функции клея. Оптимальная толщина клеевого соединения составляет 0,1…0,3 мм. Степень демпфирования пропорциональна площади склеивания, которая может быть увеличена также за счёт многослойного склеивания.

Крепление блоков и устройств МЭА на объекте должно быть жёстким, на коротких и толстых болтах либо с помощью скоб. Однако в тех случаях, когда масса блока МЭА сравнима с массой блоков обычных РЭА, возможно применение демпфированных амортизаторов типов АПК, ДК-А и тросовых амортизаторов.