Разработка алгоритмов размещения электрорадиоэлементов на модулях с кондуктивным теплоотводом

• Автор: Квинт, Игорь Эдуардович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПОСТАНОВКА И АНАЛИЗ ЗАДАЧИ РАЗМЕЩЕНИЯ ЭРЭ НА МОДУЛЯХ С КОНДУКТИВНЫМ ТЕПЛООТВОДОМ

1.1. Обзор конструкций узлов и устройств традиционных БЦВС

1.2. Рамочная конструкция

1.3. Рамочная конструкция с принудительным воздушным охлаждением

1.4. БЦВС на основе конструктива «Евромеханика-би»

1.5. Теплоотвод в конструкциях на основе модулей с кондуктивным теплоотводом

1.6. Обзор методов решения задачи диссертационной работы

1.7. Анализ алгоритмов размещения ЭРЭ
1.8. Обзор предшествующих работ
1.9. Постановка задачи «теплового размещения» ЭРЭ и этапы
ее решения
1.10. Выводы
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АНАЛИТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
2.1. Варианты граничных условий
2.2. Аналитический способ расчета перепадов температур
2.3. Приведение неоднородной пластины к однородной
2.4. Математическая модель конструкций с теплоотводом на основание
2.5. Выводы

ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ «ТЕПЛОВОГО РАЗМЕЩЕНИЯ» ЭРЭ НА МОДУЛЯХ С КОНДУКТИВНЫМ ТЕПЛООТВОДОМ
3.1. Выбор критерия размещения ЭРЭ
3.2. Разработка стратегий «теплового размещения» ЭРЭ
3.3. Алгоритмы «теплового размещения» ЭРЭ
3.4. Оптимизация вычислений сумм рядов на ЭВМ
3.5. Учет критерия трассируемости плат
3.6. ВЫВОДЫ
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Результаты эксплуатации программного комплекса НеагЮуег1ау
4.2. Модули программного комплекса НеагЮуеДау
4.3. Маршрут проектирования модулей в программе НеагЮуег1ау
4.4. Оценка точности полученных аналитических моделей
4.5. Экспериментальная проверка разработанных моделей
4.6. Практическое применение разработанного программного продукта НеагЮуег1ау
4.7. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Задача отвода тепла от тепловыделяющих элементов электронной аппаратуры всегда была актуальной и сложной, и от успешного ее решения зависели эксплуатационные характеристики изделий и, прежде всего, их надежность. Сложность решения этой задачи возрастала с ростом степени интеграции электронных схем, с повышением плотности компоновки тепловыделяющих и теплочувствительных элементов. Одним из методов эффективного охлаждения тепловыделяющих элементов и отвода тепловых потоков от них является использование в электронной аппаратуре модулей с кондуктивным теплоотводом с краев плат (на основе плат с металлическим основанием, сердечником или металлической подложкой) от расположенных на них электрорадиоэлементов (ЭРЭ).
В настоящее время для обеспечения работы ЭРЭ в допустимом диапазоне температур и их контроля, при проектировании модулей с кондуктивным теплоотводом, используются процессы макетирования и численного моделирования. Общие подходы и методы расчета тепловых режимов в радиоэлектронной аппаратуре и на модулях с кондуктивным теплоотводом изложены в работах Дульнева Г.Н., Семяшкина Э.Н., Тарановского Н.Н., Борисова В.Ф., Белоусова O.A., Шерстнева В.В., Кокотова В.З. и др.
Изменяя в процессах макетирования и численного моделирования установочные места элементов на модулях с кондуктивным теплоотводом, удается существенно снизить рабочие температуры ЭРЭ и тем самым повысить надежность электронных устройств.
Однако макетирование требует относительно больших трудовых и временных затрат, а программные реализации численных методов (например, методов конечных элементов в САПР SolidWorks, ANSYS, ELCUT, РТС Pro/ENGINEER Wildfire и др.) при обеспечении высокой точности расчетов, чаще всего для сложных объектов, имеют малое быстродействие, а кроме

эффективности теплоотвода с учетом критерия трассируемости плат.
Промежуточным этапом в создании такого продукта является программная реализация аналитических моделей для расчета конструкций на основе модулей с кондуктивным теплоотводом, которые позволят моделировать тепловые поля на платах, оценивать температуры ЭРЭ и температуры точек плат, наблюдать изменение теплового поля на платах модулей в интерактивном режиме, что позволит получить требуемую для эвристических алгоритмов статистику и сформулировать стратегии автоматизированного размещения ЭРЭ.
1.9. Постановка задачи «теплового размещения»
ЭРЭ и этапы ее решения
В большинстве модулей с кондуктивным теплоотводом теплоотвод от самой платы осуществляется только от ее краев. При этом, как было показано выше, возможны варианты теплоотвода с одного (в рамочных конструкциях), двух противоположных (в ЭВМ «Багет») и четырех краев (РК с ПВО) металлических подложек (сердечников или оснований) плат. Однако для общности задачи следует рассмотреть так же модули с кондуктивным теплоотводом с двух смежных и трех краев плат.
Эффективность теплоотвода в конструкциях устройств на основе модулей с кондуктивным теплоотводом в значительной степени определяется перепадом температуры от «самого горячего» ЭРЭ до теплоотводящих краев платы [37]. При этом чем меньше такой перепад температур, тем проще обеспечить теплоотвод от краев платы и тем выше эффективность системы теплоотвода всего устройства. Поэтому в предположении равенства допустимых рабочих температур всех ЭРЭ для модулей с кондуктивным теплоотводом важным является обеспечение минимального перепада температур от теплоотводящих краев платы до «самого горячего» ЭРЭ (минимизация ДТ,пах). При этом конкретное расположение ЭРЭ на плате