1.4 Источники тепла и тепловые воздействия

Тепловые воздействия на электронные устройства имеют место при изготовлении, транспортировании, хранении и эксплуатации устройств.

В условиях транспортирования тепловые воздействия возникают из-за изменения температуры окружающей среды. Температура окружающей среды может изменяться в пределах от -60 до +40 С. В рабочих условиях изменение температуры составляет 15 - 25 С, но появляются внутренние источники тепла. В результате внутреннего тепловыделения температура внутри устройства становится выше температуры окружающей среды, появляется неравномерность температурного поля внутри устройства.

Изменения температуры вызывают изменения электрических и механических свойств материалов и характеристик электронных элементов. При нагревании возникают обратимые и необратимые эффекты, приводящие к нестабильности параметров и снижению надёжности.

Обеспечение нормативных тепловых режимов электронных устройств, т.е. такого распределения температур в блоке, при котором все элементы работают в условиях, соответствующих требованиям ТУ, является одной из главных задач, решаемых при конструировании.

Основной способ обеспечения требуемого теплового режима заключается в создании теплового динамического равновесия, при котором количество рассеиваемой теплоты равняется выделяемой энергии. Такое состояние называется установившимся тепловым режимом.

По тепловым характеристикам электронные элементы делят на две группы:

элементы, выделяющие тепло (резисторы, транзисторы, трансформаторы, интегральные схемы, электронные и осветительные лампы);

элементы, практически не выделяющие тепла (конденсаторы, катушки индуктивности, терморезисторы, кварцевые резонаторы).

Элементы, не выделяющие тепла, нагреваются от расположенных рядом тепловыделяющих элементов.

В электронных устройствах практически вся потребляемая мощность превращается в тепло. На полезные электрические, световые или другие виды сигналов приходится не более 1% от потребляемой мощности. Исключение составляют вторичные источники питания, коэффициент полезного действия (КПД) которых может достигать 70%.

Изменения температуры влияют на свойства конструкционных материалов, размеры элементов конструкции и характеристики электронных изделий.