Адаптация сетки конечных элементов в задачах анализа тепловых режимов изделий радиоэлектроники средствами САПР

• Автор: Репнев, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Тенденции развития современной микроэлектроники и тепловых режимов РЭС.

1.2 Построение тепловых моделей методом конечных элементов

1.3 Анализ современных САПР, использующих МКЭ для решения инженерных задач.

1.4 Постановка задачи исследования.

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ШАГА

СЕТКИ КЭ ПРИ ПОСТРОЕНИИ ТЕПЛОВЫХ МОДЕЛЕЙ РЭС

2.1 Нелинейная дискретизация сетки КЭ как метод снижения размерности тепловой модели

2.2 Математическое обоснование метода нелинейной дискретизации

2.3 Области применения метода нелинейной дискретизации
сетки КЭ.
2.4 Снижению числа граничных условий заменой реальных источников тепла эквивалентными
2.5 База данных материалов
3 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММЫ АВТОМАТИЗАЦИИ РЕГУЛИРОВАНИЯ СЕТКИ КЭ.
3.1 Разработка алгоритмов расчета шага сетки КЭ.
3.2 Определение весовых коэффициенте, связывающих параметры конструкции с шагом сетки КЭ.
3.3 Анализ количества временных затрат на построение сетки КЭ
4 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СЕТКИ КЭ
ПРИ РАСЧЕТЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ РЭС
4.1 Программная реализация алгоритмов автоматизированного регулирования КЭ в САПР.i на языке программирования
4.2 Расчет показателей тепловых режимов РЭС с применением методики автоматизированного регулирования сетки КЭ.
4.2.1 Расчет показателей теплового режима видеокарты X.
4.2.2 Сборка блоков преобразователей информации АФАР
4.2.3 Блок разъемного типа
4.2.4 Материнская плата 4.
4.3 Установление взаимосвязи между шагом дискретизации сетки
КЭ и точностью полученного решения
4.4 Обобщенные показатели эффективности методики
автоматизированного регулирования шага сетки КЭ
5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 4 публикации в материалах конференций и сборниках тезисов докладов. Иллюстративный материал представлен в виде рисунков и таблиц. Список литературы включает наименований. Первая глава посвящена обзору литературных источников и постановке задач исследования. Во второй главе разработана методика разбиения сетки КЭ но принципу местного влияния, позволяющая минимизировать затраты машинного времени при расчете тепловых режимов РЭС. Третья глава посвящена разработке алгоритмов расчета шага сетки конечных элементов в различных зонах источника тепла и определению статистических значений весовых коэффициентов, связывающих параметры конструкции с шагом сетки КЭ. В четвертой главе рассмотрена программная реализация методики автоматизированного регулирования сетки конечных элементов при помощи языка программирования Ашой. АФАР, блока разъемного типа, материнской платы компьютера. Приведены результаты количественной оценки эффективности применения методики регулирования сетки КЭ, полученные в ходе физического и вычислительного экспериментов. Установлена взаимосвязь между шагом дискретизации сетки КЭ и точностью полученного решения. В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации. Данный раздел содержит анализ литературных источников по следующим направлениям: проблемы тепловых режимов РЭС; особенности применения метода конечных элементов (МКЭ) для расчета тепловых режимов РЭС; обзор существующих САПР, использующих МКЭ для проведения инженерных расчетов. В результате анализа выделены основные проблемы, существующие в указанных областях и сформулированы задачи диссертационной работы. Основной тенденцией развития микроэлектроники является повышение степени интеграции микросхем[,]. Согласно знаменитому прогнозу, сделанному в г. Мура[], условное число транзисторов в наиболее скоростных процессорах удваивается каждые полтора года. Разумеется, эта тенденция не может сохраняться вечно, и уже с -х годов XX в. СБИС, и УБИС[], так и к дальнейшему повышению «плотности» размещения компонентов на кристалле. Среди множества конструкторско-технологических проблем, которые приходится решать при проектировании и производстве микроэлектронных изделий, можно выделить следующие. На первом месте стоит проблема уменьшения размеров элементов интегральных схем. Уже сейчас оборудование для производства процессоров 1те1 Репбит 4, использующее в процессе литографии излучение с длиной волны 8 нм, позволяет получить на кристалле элементы размером 0 нм. По данным компании Intel уже в настоящее время удалось уменьшить размеры отдельного транзистора примерно до им, что составляет всего несколько десятков атомных слоев. Корпорация Nikon сообщила о форсировании программы разработки оборудования для проекционной литографии (Electron Projection Lithography — EPL)[] с использованием норм 0,-микронного технологического процесса[1,]. Сегодня ЕРЬ можно рассматривать как наиболее вероятную технологию литографии следующего поколения. По официальным данным фирмы IBM, еще в г. Участниками консорциума, в который вошли компании Intel, IBM, AMD, Micron Technology, Infineon И Motorola, разработан проект использования литографии дальнего ультрафиолетового диапазона (волны длиной нм), в результате реализации которого размеры элементов центрального процессора уменьшаются до нм. Дальнейшие перспективы повышения разрешающей способности литографии специалисты связывают с использованием при экспозиции мягкого рентгеновского излучения с длиной волны ~1 нм, а также различных методов электронной литографии. В одном из вариантов метода электронной литографии вообще не используется технология резисторных масок, а предусмотрено непосредственное действие электронного пучка на слой оксида кремния. Оказывается, что экспонированные области в дальнейшем травятся в несколько раз быстрее неэкспонированных. По-видимому, естественный предел дальнейшему росту микроминиатюризации СБИС и УБИС будет положен явлениями разупорядочивания структуры материалов за пределами окон в фоторезистах.