Информационно-измерительная система исследования теплообмена проводящих слоев печатного узла тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат наук Рыбаков, Илья Михайлович

• Рыбаков, Илья Михайлович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Рыбаков, Илья Михайлович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Анализ методов, средств расчета критических режимов работы элементов РЭА и моделей тепловых процессов теплообмена проводящих слоев печатных узлов. Постановка задачи исследования

1.1 Общая характеристика состояния проблемы, анализ методов и средств расчета критических режимов работы элементов РЭА для снижения температурной погрешности ИИУС

1.2. Обзор существующих моделей тепловых процессов теплообмена проводящих слоев печатных узлов для выявления критически нестабильных элементов РЭА и снижения температурной погрешности ИИУС

1.3. Вычислительные инструменты для моделирования тепловых процессов теплообмена проводящих слоев печатных узлов для выявления критически нестабильных элементов РЭА

Выводы по главе 1

Глава 2. Разработка рекомендаций для корректировки алгоритма работы ИИУС с учетом теплопроводности проводящих слоев и структурной схемы ИИУС выявления критически нестабильных элементов РЭА

2.1 Принципы построения алгоритма для разработка структурной схемы ИИУС выявления критически нестабильных элементов РЭА для снижения температурной погрешности исследуемой системы

2.2 Разработка рекомендаций для корректировки алгоритма работы ИИУС выявления критических к температуре элементов ПУ с учетом теплопроводности проводящих слоев

2.3 Разработка структурной схемы ИИУС выявления критически нестабильных элементов РЭА для снижения температурной погрешности исследуемой системы

Выводы по главе 2

Глава 3. Разработка уточнённой математической модели влияния проводящих слоев на тепловой режим печатных узлов в ИИУС и разработка методики использования топологии проводящих слоев печатной платы как элементов системы охлаждения

3.1 Разработка уточнённой математической модели влияния проводящих слоев на тепловой режим печатных узлов в ИИУС для снижения температурной погрешности

3.2 Технологические факторы влияния теплопроводности проводящих слоев ПП на тепловой режим ПУ

3.3 Разработка методики использования топологии проводящих слоев печатной платы как элементов системы охлаждения, позволяющая увеличить отвод теплового потока от критических к температуре элементов РЭА

Выводы по главе 3

Глава 4. Результаты исследований в виде методики использования топологии проводящих слоев печатной платы как элементов системы охлаждения и реализация пакета прикладных программ теплового расчета печатных узлов

4.1 Применение методики использования топологии проводящих слоев печатной платы как элементов системы охлаждения

4.2 Экспериментальные исследования теплового режима печатного узла с учетом теплопроводности проводящего слоя печатного узла

4.3 Программно-аппаратная реализация информационно измерительной системы для исследования тепловых процессов печатного узла с учетом теплопроводности проводящего слоя печатного узла

Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

108

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А Текст программы, реализующей разработанные алгоритмы, функционал и технологических возможностей информационно-измерительной и управляющей системы исследования теплопроводности проводящих слоев печатных узлов

Приложение Б Результаты экспериментальных исследований теплового режима печатного узла с учетом теплопроводности проводящих слоев

Приложение В Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ

Приложение Г Материалы по внедрению результатов исследований

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Информационно-измерительная система исследования теплообмена проводящих слоев печатного узла»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В современной ракетно-космической технике (РКТ) не теряет актуальности проблема улучшения массогабаритных характеристик радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), а условия ее эксплуатации на сегодняшних РКТ характеризуются значительными механическими перегрузками и воздействиями изменения температуры окружающей среды в широких пределах. При этом реализация методов защиты РЭА от тепловых воздействий должна отвечать требованию минимизации масс, обеспечивающему возможность сокращения энергетических потерь на выведение космического аппарата на орбиту.

В условиях необходимости постоянного повышения конкурентоспособности РЭА производство её неотъемлемой части - печатных плат (ПП) - является динамично развивающейся областью науки и техники. При этом необходимы постоянный контроль, управление температурным режимом РЭА, получение достоверной информации о температурных режимах (температурах перегрева) радиоэлектронных компонентов. Вследствие чего возникает задача снижения температурной погрешности информационно-измерительной и управляющей системы (ИИУС), для выявления критически нестабильных элементов РЭА и выработки новых технологических приемов отвода тепла от РЭА РКТ. В большинстве случаев для охлаждения теплонагруженных компонентов РЭА применяют теплоотводы в виде радиаторов, которые имеют значительные массогабаритные характеристики, поэтому решение проблемы снижения массогабаритных характеристик путем замены радиатора медным слоем ПП, занимающим аналогичную, а в отдельных случаях меньшую площадь печатного узла (ПУ), является важной задачей.

Однако существующие ИИУС не позволяют исследовать ПУ в части влияния на его тепловой режим топологии печатных проводников, также

существующие методики не позволяют учесть металлизированные слои ПП как элементы системы охлаждения.

Таким образом, актуальной задачей является совершенствование сложных информационно-измерительных и управляющих систем, выявление критически нестабильных элементов радиоэлектронной аппаратуры, снижение температурной погрешности и исследование потенциальных возможностей технологических приемов отвода тепла за счет топологии проводящих слоев печатной платы.

Проблемами создания современных ИИУС занимались Е. А. Ломтев, Е. А. Мокров, А. И. Мартяшин, В. А. Грановский, Л. Ф. Куликовский, В. С. Мелентьев, В. М. Шляндин, Э. И. Цветков и др.

Основными представителями отечественной научной школы анализа и расчета тепловых режимов РЭА являются Е. Н. Маквецов, А. М. Тартаковский, Г. Н. Дульнев, Л. Л. Роткоп, А. В. Долматов, Р. Л. Желтов, В. М. Кирпичев, А. В. Лисицын, Ю. Н. Кофанов, А. Г. Мадера, А. С. Шамулов, А. В. Сарафанов и др., в работах которых предлагается множество методик и способов теплового расчета для РЭА.

Целью диссертационной работы является совершенствование информационно-измерительных и управляющих систем, выявление критически нестабильных элементов радиоэлектронной аппаратуры, снижение температурной погрешности и исследование потенциальных возможностей технологических приемов отвода тепла за счет топологии проводящих слоев печатной платы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) провести анализ методов и средств расчета критических режимов работы элементов РЭА для снижения температурной погрешности ИИУС;

2) провести анализ моделей тепловых процессов теплообмена проводящих слоев печатных узлов для выявления критически нестабильных элементов РЭА и снижения температурной погрешности ИИУС;

3) разработать рекомендации для корректировки алгоритма работы ИИУС выявления критичных к температуре элементов ПУ с учетом теплопроводности проводящих слоев;

4) разработать структурную схему ИИУС выявления критически нестабильных элементов РЭА для снижения температурной погрешности исследуемой системы;

5) внедрить уточненную математическую модель влияния проводящих слоев на тепловой режим печатных узлов в ИИУС для снижения температурной погрешности;

6) разработать методику использования топологии проводящих слоев печатной платы как элементов системы охлаждения, позволяющую увеличить отвод теплового потока от критичных к температуре элементов РЭА;

7) внедрить результаты исследований в виде методики использования топологии проводящих слоев печатной платы как элементов системы охлаждения для снижения температурной погрешности ИИУС, а также пакет прикладных программ теплового расчета печатных узлов для выявления критических к температуре элементов РЭА.

Методы исследования для решения поставленных задач в работе использованы методы объектно ориентированного проектирования информационно-измерительных и управляющих систем и теории баз данных, методы, основанные на использовании теории теплопроводности, методы математического моделирования, теории измерений и статистической обработки данных.

Научная новизна работы заключаются в следующем:

1. Разработан алгоритм функционирования ИИУС исследования теплообмена печатных узлов, отличающийся учетом влияния теплопроводности проводящих слоев печатной платы на основе уточненной математической модели, что позволяет выявлять критические к температуре элементы

и сокращать время проектирования топологии печатных узлов на ранних стадиях жизненного цикла РЭА (специальность 05.11.16 п. 3).

2. Разработана структура ИИУС исследования теплообмена проводящих слоев печатных узлов, отличающаяся совместным применением как контактных, так и бесконтактных способов измерения тепловых полей печатного узла, а также базы данных и узла сравнения, что позволяет снизить температурную погрешность и сократить время анализа результатов (специальность 05.11.16 п. 6).

3. Уточнена математическая модель оценки влияния проводящих слоев на тепловой режим печатных узлов в зависимости от плотности их расположения на печатной плате, что позволяет повысить точность прогнозирования тепловых режимов печатных узлов для снижения температурной погрешности ИИУС (специальность 05.11.14 п. 1).

4. Разработана методика использования топологии проводящих слоев печатной платы как элементов системы охлаждения, позволяющая увеличить отвод теплового потока от критических к температуре элементов РЭА (специальность 05.11.14 п. 7).

Практическая значимость исследования. Полученные в диссертации теоретические и практические результаты позволяют путем внедрения четырехканальной ИИУС исследования теплообмена проводящих слоев снизить температурную погрешность ИИУС и повысить точность определения параметров тепловых полей печатного узла на 15 %. Использование проводящих слоев печатной платы как элемента системы охлаждения позволяет увеличить отвод теплового потока до 5 % и обеспечивает снижение массогабаритных характеристик РЭА. Разработанный пакет прикладных программ позволяет автоматически рассчитать и выбрать тепловой режим работы ПУ, что на ранних стадиях разработки сокращает время проектирования в 2 раза.

Положения, выносимые на защиту:

1. Рекомендации для корректировки алгоритма работы ИИУС выявления критических к температуре элементов ПУ с учетом теплопроводности проводящих слоев;

2. Структурная схема ИИУС выявления критически нестабильных элементов РЭА для снижения температурной погрешности исследуемой системы;

3. Уточненная математическая модель влияния проводящих слоев на тепловой режим печатных узлов в ИИУС для снижения температурной погрешности;

4. Методика использования топологии проводящих слоев печатной платы как элементов системы охлаждения, позволяющая увеличить отвод теплового потока от критических к температуре элементов РЭА;

5. Реализация лабораторного стенда ИИУС исследования печатных узлов, а также внедрение алгоритма и методики, учитывающих теплопроводность проводящих слоев для выявления критически нестабильных элементов РЭА и снижения температурной погрешности исследуемой системы.

Реализация и внедрение результатов работы:

1. Выбранная тема исследований является частью научной работы, которая проводится на кафедре «Конструирование и производство радиоаппаратуры» ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет» в рамках научно-исследовательской работы «Информационные технологии анализа конструкций радиоэлектронных средств при воздействии внешних факторов», регистрационный номер № 8.389.2014/К, выполняемой по государственному заданию Минобрнауки России.

2. Результаты работы внедрены в производство АО «НИИФИ» и АО «НИИЭМП» в виде рекомендаций по оптимизации процессов контроля качества печатных плат, наладки технологического оборудования и выявления отклонений в технологических процессах.

3. Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры «Конструирование и производство радиоаппаратуры» при проведении лекционных и практических занятий по дисциплине «Защита радиоэлектронных средств от внешних воздействий».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования обсуждались и докладывались на симпозиуме «Надежность и качество» (г. Пенза, 2009-2015 гг.); конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов НИУ ВШЭ им. Е. В. Армейского (г. Москва, 2015 г.), а также на научно-практических конференциях 2015 г. в г. София, (Болгария, 2015 г.) и г. Шеффилд (Великобритания, 2015 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе две статьи - в Scopus, четыре - в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК России, получено три свидетельства о регистрации программ ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по главам, заключения, списка литературы, включающего 95 наименований, и четырех приложений. Основная часть изложена на 110 страницах, содержит 49 рисунков и 7 таблиц.

Личный вклад автора. Основные результаты, выносимые на защиту, получены автором лично. Во всех работах, которые выполнены в соавторстве, соискатель непосредственно участвовал в постановке задач, обсуждении методов их решения, разработке программ обеспечения натурного эксперимента, получении и анализе результатов.

Глава 1. Анализ методов, средств расчета критических режимов работы элементов РЭА и моделей тепловых процессов теплообмена проводящих слоев печатных узлов. Постановка

задачи исследования

1.1 Общая характеристика состояния проблемы, анализ методов и средств расчета критических режимов работы элементов РЭА для снижения температурной погрешности ИИУС

В быстроразвивающимся мире радиоэлектроники печатные платы применяются практически во всех областях жизнедеятельности, и потребность в них постоянно возрастает. Опережающие темпы развития микроэлектроники требуют непрерывного повышения их технического уровня, который определяется ростом плотности монтажа электрорадиоизделий, повышения требований к надежности, увеличением рабочей частоты. Обеспечение этих требований зависит от достижений в области конструирования и развития технологии производства печатных плат, а также исследований функциональных и технологических возможностей ИИУС. Исследования и совершенствование печатных плат с помощью ИИУС широко применяются при создании аппаратуры средств связи, вычислительной техники, систем автоматизации. Они также используются в контрольно-измерительной аппаратуре, в медицинском приборостроении, в автомобильной промышленности, в других областях промышленной электроники, особенно в авиационной и космической технике. Технологический процесс изготовления печатных плат является сложным и многооперационным процессом (порядка 50 операций) с использованием большого количества оборудования (до 40-50 единиц), материалов и комплектующих. Он требует не только узких

специалистов в области химии, физики, схемотехники, теплотехники, программирования, организации производства, но и специалистов широкого профиля для комплексного решения вопросов, стоящих в производстве печатных плат.

Печатный узел имеет в своей основе печатную плату, которая состоит из диэлектрических и проводящих слоев. В первом приближении при тепловом моделировании такая конструкция представляется как однородный материал с анизотропной теплопроводностью в двух направлениях плоскости печатной платы. При этом не учитываются топология проводящего рисунка и тем самым характер распределения тепловых полей в объеме печатной платы. В тоже время от точности определения тепловых полей во многом зависит надежность функционирования печатного узла.

Существующие ИИУС исследования тепловых режимов при таком представлении ПП отличаются недостаточной точностью и имеют малую достоверность результатов измерений. С целью повышения достоверности результатов исследования необходимо учитывать неравномерности распределения проводящих слоев в объеме печатной платы, для этого будем применять методы математического моделирования.

Проведенный анализ позволил выявить математическую модель печатной платы, наиболее полно описывающую физические процессы теплопередачи, которая была внедрена в состав вновь проектируемой ИИУС в качестве основы для расчета тепловых характеристик ПУ. Она позволяет осуществить моделирование как слоев питания и заземления, так и экранирующих слоев, а также переходных отверстий с тем, чтобы как можно более полно учесть топологию проводящих слоев, определяющих тепловой режим печатной платы за счет естественного теплоотвода. Возможность внесения изменений в технологию производства печатной платы с целью изменения ее топологии, геометрии размещенияя переходных отверстий представляет интерес с точки зрения обеспечения надежности функционирования ПУ.

Схематично уровни иерархии технологии изготовления печатных узлов, соотнесенные с иерархией тепловых моделей представлены на рисунке 1.1. Иерархия содержит усредненную тепловую модель, слоистую тепловую модель, а также тепловую модель с импортом трассировки, и наконец, подробную тепловую модель. На первом уровне иерархии располагаются усредненные тепловые модели, в которых печатная плата представляется однородной, а проводящий слой не моделируется. Далее следует слоистая тепловая модель, в которой печатная плата представляется как слои диэлектрика и проводящие слои, площадь покрытия которых задается в процентном отношении от площади диэлектрика. На следующем уровне иерархии располагается тепловая модель с анализом топологии проводящих слоев, что требует построения ее локальной геометрической модели. Подобная модель позволяет оценивать теплопроводность печатной платы на основе локальных проводящих слоев, имеющая наивысшую сложность за счет подробного анализа топологии проводящих слоев. В верхнем правом углу рисунка 1.1 представлена сравнительная диаграмма оценки распределения температуры с учетом и без учета теплопроводности проводников, которая позволяет сделать вывод о необходимости учета топологии проводящих слоев печатной платы в виде естественного теплоотвода.

Компактная (усредненная) тепловая технология ГШ

Mili представляется как однородный материал ^Проводящие огон не

моделируются

Компактная (слоистая) тепловая технология 1111

>ПП моделируется, как слой диэлектрического основания со слоями меди

^Слон задаются в процентном соотношении от величины поверхности диэлектрика

Dei учет» джоулем кии с учетом джоулем ttlUH

ПП ti UJ fJ и Ш Vi U7 U» U9 110 Uli Li: Uli UI4 Экммш

Сравнительный график температур элементов ПП с учетом и без учета тепла проводников

Рисунок 1.1 - Иерархия тепловых моделей печатных узлов: усредненная тепловая модель, слоистая тепловая модель, тепловая модель с импортом трассировки, подробная тепловая модель

Перечисленные модели положены в основу функционирования ряда программных продуктов, которые позволяют проводить расчеты и тепловой анализ ПУ. Для моделирования конструкций с высокой степенью интеграции широко применяются универсальные программы имитационного моделирования, такие как АСОНИКА, ANSYS, SolidWorks, T-FLEX, Pro/MECHANICA Thermal Simulation и др. В качестве математической основы в данных пакетах прикладных программ применен метод конечных элементов, являющийся известным инструментом для исследования поведения конструкций при различных внешних и внутренних воздействиях.

Основными недостатками перечисленных программ являются большая избыточность используемых методов и алгоритмов, а также сложность их освоения. Возникает необходимость создания специализированного инструмента, обечивающего учет топологии печатной платы. Основой

подобного инструмета выступает вновь разработанная ИИУС, обеспечивающая точное и достоверное измерение и фиксацию тепловых полей печтных узлов; выявление критически нестабильных элементов РЭА.

Таким образом, актуальным является использование топологии ПП как элемента системы охлаждения для выработки новых технологических приемов отвода тепла от компонентов РЭА космической техники, сокращения температурного диапазона функционирования РЭА, и тем самым, снижения температурной погрешности ИИУС в целом.

Электроника, информационные технологии, управление, приборная автоматика, средства обработки и хранения информации, телекоммуникации стали технической базой высоких технологий. Вооруженность этими средствами, полнота их использования определяет облик современного общества. Отдельно в этом ряду стоят системы управления аэрокосмическими объектами, где к общим проблемам развития электроники добавляются увеличенная плотность компоновки в сочетании с большим быстродействием и увеличенной функциональностью, повышенная надежность в условиях экстремальных внешних воздействий. Эти дополнительные требования обусловили индивидуальные черты развития производства электроники и в основополагающей его составной части — производстве печатного монтажа. Печатные платы, которые служат и конструкционным основанием элементов, и монтажной подложкой для электронных компонентов, во многом определяют и компактность электронной аппаратуры, и ее надежность, и функциональность, и быстродействие, поскольку скорость обработки информации стала соизмерима со скоростью распространения информации в линиях связи. В противоборствующем мире вооружений и в условиях рыночной конкуренции производство печатных плат — наиболее быстро развивающаяся область науки и техники, в которой одно поколение сменяет другое каждые три—пять лет вслед за развитием электронной компонентной базы. Технологии печатных плат постоянно дополняются новыми приемами и операциями, расширяются их возможности за счет использования прецизионного оборудования, более

качественных материалов и инструмента. Поэтому материальные и интеллектуальные инновации наиболее активно внедряются в эту отрасль производства, и это стало непременным условием поддержания конкурентоспособности на внутреннем и международном рынках электроники.

Наиболее актуальным является совершенствование технологических решений обеспечения нормального теплового режима печатной платы уже на стадии проектирования радиоэлектронной аппаратуры. Следует отметить, что имеются многочисленные отечественные и зарубежные патенты, статьи, сообщения по рассматриваемому вопросу. Специалист, работающий в области производства печатных плат, всегда может обратиться к этим изданиям для решения возникающих у него проблем. Основными представителями отечественной научной школы в плане разработки методик анализа и расчета тепловых режимов радиоаппаратуры являются Тартаковский A.M., Дульнев Г.Н., Роткоп JI.JL, Долматов A.B., Желтов P.JL, Кирпичев В.М., Лисицын A.B., Кофанов Ю.Н., Мадера А.Г., Шамулов A.C., Сарафанов A.B. и др, в работах которых предлагается множество методик и способов теплового расчета для РЭА и теоретически обосновывают возможность надежного функционирования ПУ за счет обеспечения нормального теплового режима.

Анализируя модели и методики теплового анализа и расчета печатного узла РЭС, было выявлено, что для повышения точности их применимости к различным конструктивным исполнениям расчетов требуется значительное их усложнение в плане учета различных тепловых характеристик в конкретном приборе. Данное обстоятельство затрудняет разработку, как можно более простой и универсальной методики расчета. Проанализировав существующие методы, было выявлено две группы тепловых расчетов РЭС (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Схемы способа регулирования температуры при а - Естественном регулировании, б - Принудительном регулировании

В каждой из групп возможно отнести множество расчетов, которые имеют различную точность и применимость. К первой группе в большинстве случаев относятся расчеты регулирования температуры при естественном воздушном охлаждении. К ним могут относиться такие методики расчетов как:

• Расчет теплового режима блока в герметичном корпусе;

• Расчет теплового режима блока в герметичном корпусе с внутренним перемешиванием;

• Расчет теплового режима блока в герметичном корпусе с наружным обдувом;

• Расчет теплового режима блока в герметичном оребренном корпусе, расчет теплового режима блока в перфорированном корпусе, и.т.д.

Естественное регулирование температуры РЭС является наиболее простым, надёжным и дешевым способом регулирования температуры и осуществляется без затраты дополнительной энергии. Однако интенсивность такого охлаждения невелика, поэтому использование этого способа возможно при небольших удельных мощностях рассеивания тепловой энергии в РЭС. При естественном регулировании температуры в основном присутствует конвективный теплообмен, который осуществляется между элементами РЭС и воздухом или окружающей средой, при этом перемещение воздуха происходит за счет энергии рассеиваемой элементами РЭС.

Ко второй группе расчетов относятся все расчеты, связанные с регулированием температуры с помощью всевозможных механических устройств. Большинство вышеперечисленных методик расчета тепловых режимов электронной аппаратуры описаны в [1, 2]. Принудительное регулирование температуры имеет наибольшее распространение, так как позволяет при более высоких мощностях рассеивания обеспечить нормальный тепловой режим РЭС.

Определение способа регулирования температуры для обеспечения нормального теплового режима осуществляется на этапе теплофизического конструирования (ТФК), который является неотъемлемой частью конструкторского проектирования РЭС [3]. Процесс ТФК объединяет методы обеспечения заданного теплового режима отдельных элементов и составных частей РЭС. Существенное влияние на тепловой режим элементов РЭС оказывают:

• Выделение тепла электрорадиоизделий (ЭРИ);

• Конструкция и габаритные размеры аппарата;

• Свойства среды внутри и снаружи аппарата;

• Свойства использованных материалов из которых изготовлен аппарат;

• Внешние воздействующие факторы.

Все выше перечисленные факторы учитываются при расчете и анализе теплового режима печатного узла (ПУ) РЭС. В настоящее время в практике конструирования РЭС применяется множество методов температурного расчета и анализа как отдельных ПУ, так и РЭС в целом [4, 5] но особо актуальным является решение задач для повышения эффективности расчетов с применением систем автоматизированного проектирования (САПР) при расчете тепловых режимов РЭС.

В современной отечественной и зарубежной индустрии программных продуктов, позволяющих проводить тепловые расчеты конструкций РЭА не составляет никакого труда найти подходящее решение конкретной в каждом случае проблемы возникающей при проведении теплового расчета. Среди

выделяющихся своим функционалом систем моделирования, следует выделить те, которые наиболее подходят для решения задач исследования моделей ПУ РЭА имеющие широкое распространение при проведении теплофизического конструирования:

- АСОНИКА-Т, коммерческий продукт, разработанный группой специалистов кафедры «Приборостроение» Красноярского государственного технического университета и кафедры «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» Московского государственного института электроники и математики;

- модуль T-FLEX АНАЛИЗ российской компании «Топ Системы»;

- Pro/MECHANICA Thermal Simulation Package (Температурный анализ деталей и сборок), коммерческий продукт компании РТС;

- SolidWorks Flow Simulation, коммерческий продукт компании Solid Works Corp;

- Ansys, коммерческий продукт.

- Comsol Multiphysics, дополнительный пакет, который расширяет Comsol Multiphysics моделирование среды со специализированными пользовательскими интерфейсами и функциональностью, оптимизированной для анализа теплопередачи [6,7]

Первоочередным рассмотренным программным продуктом является:

Из российских программ следует отметить пакет теплового моделирования ТРИАЛА (АСОНИКА-Т), который позволяет решить аналогичные задачи, но использует оригинальное вычислительное ядро, учитывает специфику отечественной радиоэлектронной аппаратуры, ее элементную базу и методологии проектирования [8].

В состав подсистемы ТРИАНА (АСОНИКА-Т) входят уникальные программные комплексы, позволяющие синтезировать модели тепловых процессов в автоматическом режиме по созданной в специальной графической среде геометрической модели конструкции (рисунок 1.3).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Рыбаков, Илья Михайлович, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Трифоненко И.М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И.М. Трифоненко, Н.В. Горячев, И.И. Кочегаров, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396-399.

2. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов/И.П. Норенков. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002,336 с.

3. Кочегаров И.И. Информационные технологии проектирования РЭС: учебное пособие/И.И. Кочегаров.-Пенза: Изд. Пенз гос. ун-та, 2007.-96 с.

4. Горячев Н.В. Опыт применения систем сквозного проектирования при подготовке выпускной квалификационной работы/Н. В. Горячев, Н. К. Юрков//Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского. Физико-математические и технические науки. 2011. № 26. С. 534-540.

5. Сабунин А.Е. Altium Designer. Новые решения в проектировании электронных устройств/А.Е. Сабунин. -М.: Солон-Пресс, 2009. -432 с.

6. Роткоп JI. JI., Спокойный Ю. Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА. - М.:Сов. Радио, 1976. - 232с.

7. Дульнев Г. Н. Методы расчета теплового режима приборов/ Г. Н. Дульнев, В. Г. Парфенов, А. В. Сигалов. - М.: Радио и связь, 1990,- 312 с.

8. Тартаковский А. М. Математическое моделирование в конструировании РЭС : Монография. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн. ун-та, 1995,- 112 с.

9. Кошляков Н.С., Глинер Э.Б., Смирнов М.М., Уравнения математической физики в частных производных. - М.: Высш. Шк., 1970. - 712 с.

10. Ладыженская OA. Краевые задачи математической физики. - М.: Наука, 1973.-408с.

11. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов — М.: Мир, 1979, —392 С.

12. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. — М.: Мир, 1984

13. Вазов В., Форсайт Дж. Разностные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных. - М.: Иностранная литература, 1963. - 488 с.

14. Вайнберг Д.В., Синявский А.Л. Дискретный анализ в теории пластин и оболочек // Труды VI Всес. конф. по теории оболочек и пластинок, 1966 г. - М., 1966. - С. 209-214

15. Самарский A.A., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. — М.: Наука, 1978. — 592 с.

16. Самарский A.A., Теория разностных схем. — М.: 1977. — 656 с.

17. Маквецов E.H., Тартаковский A.M. Дискретные модели приборов. -М.: Машиностроение, 1982. - 136 с.

18. Дульнев Г. Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре: Учебник для вузов по специальности "Конструирование и производство радиоаппарартуры" / Г. Н. Дульнев. - М. : Высш. шк., 1984. - 247 с.

19. Карабан В.М. Программная реализация трехмерного моделирования тепловых процессов в многослойных интегральных схемах космического назначения / Карабан В.М., Сухоруков М.П., Морозов Е.А. // Компьютерные исследования и моделирование. 2014. Т. 6. № 3. С. 397-403.

20. J.D. Anderson, Jr. Computational Fluid Dynamics. The basics with applications. McGraw-Hill Science/Engineering/Math; 1 edition (February 1, 1995). ISBN 0070016852

21. Горячев H.B. Программные средства теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Молодой ученый. 2013. № 10. С. 128-130.

22. Подсистема анализа и обеспечения тепловых характеристик конструкций радиоэлектронных средств АСОНИКА-Т / Шалумова H.A., Чабриков C.B., Манохин А.И.,

23. Багаева Т.А., Чинь Куок Тан // Наукоемкие технологии. 2011. Т. 12. № 11. С. 44-53.

24. Трубаев A.C. Программный продукт T-FLEX-АНАЛИЗ / Трубаев A.C., Айрапетян А.Р. // Мир транспорта. 2012. Т. 40. № 2. С. 92-96.

25. Программные средства анализа и моделирования температурного режима печатных плат / Воробьев Д.В., Иванкова М.В., Граб И.Д., Кочегаров И.И., Юрков Н.К. // Современные информационные технологии. 2014. № 19(19). С. 128-135.

26. Алямовский А. А. и др. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике /Авторы: Алямовский А. А., Собачкин А. А., Одинцов Е. В., Харитонович А. И., Пономарев Н. Б. — СПб.: БХВ-Петербург, 2005. — 800 е.: ил.

27. Андреев П. Г. Основы проектирования электронных средств:учеб. пособие/П. Г. Андреев, И. Ю. Наумова / Пенза: Изд-во ПГУ, 2010.-124 с.

28. Исаченко В. П. Теплопередача. Учебник для вузов, Изд. 3-е, парераб. и доп. М., «Энергия», 1975. - 488с.

29. Новицкий Л.А., Кожевников И.Г. «Теплофизические свойства материалов при низких температурых». Справочник. М., «Машиностроение», 1975.-216с.

30. Михеев М.А., Михеева И.М. «основы теплопередачи» Изд. 2-е, стереотип. М., «Энергия», 1977. - 344с.

31. Алямовский A. A. SolidWorks/COSMOS Works 2006/2007. Инженерный анализ методом конечных элементов СПб.: БХВ-Петербург, 2007.

32. Алямовский A.A. Инженерные расчеты в Solid Works Simulation M.: ДМК Пресс, 2006.

33. Алямовский A.A.SolidWorks/COSMOSWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов. М.: ДМК Пресс, 2004.

34. Алямовский A.A.SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике СПб.: БХВ-Петербург, 2005.

35. Басов К. С. Catia и Ansys твердотельное-моделирование. ДМК.,

2009.

36. Беляев Я. М., Рядно А. А. Методы теории теплопроводности Т. 1,2. М.» 1982.

37. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы Пер. с англ., М.: "Мир", 1987.

38. Репнев Д.Н., Полицарнов Г.К., Темнов К.А. Исследование эффективности расчёта тепловых режимов РЭА в среде ЗоИсПАогкБ. «Информационно-измерительные и управляющие системы», №11, 2007 г.

39. Дульнев Г. И., Сахова Е. В., Сигалов А. В. Принцип местного влияния в методе поэтапного моделирования. — ИФЖ, 1983, т. 45, № 6, с. 831—836.

40. Дульнев Г. Н. Сигалов А. В. Поэтапное моделирование теплового режима сложных систем. — ИФЖ, 1983, т. 45, № 4, с. 651—656.

41. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомей А. С. Теплопередача. М., 1981 г.

42. Норенков Я. П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем. М., 1980.33 .Норри Д., де Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов. Пер. с англ., М.: "Мир", 1981

43. Гуткин JI.C. Оптимизация радиоэлектронных устройств. М.: Сов.радио, 1982.-367 с.

44. Мишустин И.А. Самостабилизирующиеся каскады.-М.: Энергия, 1980.-200с.

45. Беккер П., Йенсен Ф. Проектирование надежных электронных схем./ Пер. с англ. -М.: Сов. радио, 1984, 256 с.

46. Gallagher R. Н., Oden J. Т., eds., Finite elements in fluids, v. I,; Viscous flow and hydrodynamics, Wiley, L., 1975.

47. Gallagher R. H., Finite element analysis fundamentals, Englewood Cliffs, Prentice-Hall, N. Y., 1975.

48. Desai С S., Abel J. E., Introduction to the finite element method (a numerical method for the engineering analysis), Van Nostrand Reinhold company, N. Y., 1972.

49. Ciarlet P. C, Numerical analysis oj the finite element method, Seminaire de Mathématique Supérieures, Université de Montreal, Canada, 1975.

50. Cook R. D., Concepts and applications of finite element analysis. A treatment of the finite element method as used for the analysis of displacement, strain and stress, Wiley, N. Y., 1974.

51. Brebbta C. A., Connor J. J., Fundamentals of finite elements techniques, Butterworths, L., 1973.

52. Boor C. de, éd. Mathematical aspects of finite elements in partial differential equations. University of Wisconsin, Ac. Press, N. Y., 1974.

53. Bathe K. J'.r Wilson E. L.,- Numerical methods in finite element analysis, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, L., 1976.

54. Barthil R. L, Riesenfeld R. F., eds., Computer aided geometric design, Ac. Press, N. Y., 1974.

55. Aziz A. K. ed., The mathematical foundations of the finite element method, University of Maryland at Baltimore, Ac. Press, N. Y., 1973.

56. Ванцов С. Использование тепловой модели для определения параметров процесса сверления печатных плат / С. Ванцов, 3. Маунг Маунг // Электроника: Наука, технология, бизнес. 2017. № 6 (166). С. 190-192.

57. Медведев A.M. Миграционные явления в композитных диэлектриках слаботочной электроники / A.M. Медведев // Надежность. 2010. № 1 (32). С. 4-11.

58. Медведев А. Печатные платы, электрохимические процессы деградации изоляции / А. Медведев // Технологии в электронной промышленности. 2013. № 1 (61). С. 42-45.

59. Лопин A.B. Диагностика печатных плат радиоэлектронных средств методом термографического контроля / A.B. Лопин, В.И. Лопин, О.Ю. Макаров // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5. № 9. С. 58-60.

60. Сахно Э. Испытания печатных плат - основа гарантии качества их изготовления / Э. Сахно, И. Дорощенко, А. Корешков // Технологии в электронной промышленности. 2014. № 1 (69). С. 42-45.

61. Крищук В.И. Оптимизация размещения печатных плат при тепловом проектировании герметичных блоков / В.Н. Крищук, Г.Н. Шило, Ю.А. Лопатка, Н.П. Гапоненко // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2015. Т. 58. № 7. С. 576-580.

62. Туищев А.И. Исследование тепловых режимов печатных плат радиоэлектронных средств и вычислительной техники при конвекционном и радиационном теплообменах / А.И. Туищев, И.О. Губанов, В.М. Плеханов, Д.Г. Токарев // Вестник НГИЭИ. 2014. № 12 (43). С. 88-93.

63. Петросянц К.О. Подсистемы электротеплового моделирования СБИС и печатных плат, расширяющие возможности коммерческих САПР / К.О. Петросянц, П.А. Козынко, Н.И. Рябов, И.А. Харитонов // В сборнике: Микроэлектроника-2015. Интегральные схемы и микроэлектронные модули: проектирование, производство и применение сборник докладов Международной конференции. 2016. С. 439-448.

64. Аминев Д.А. Топологическая тепловая модель пары «Электронный компонент-термодатчик» / Д.А. Аминев, А.И. Манохин, А.Н. Семененко, С.У. Увайсов // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2015. № 1 (29). С. 146-155.

65. Ланин В. Лазерная пайка при сборке электронных модулей / В. Ланин // Технологии в электронной промышленности. 2007. № 6 (18). С. 40-44.

66. Исаев С.С. Методика тепловизионного контроля неисправностей печатных узлов рэа на этапе производства / С.С. Исаев, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 92-95.

67. Решетников В.Н. Многофункциональный программный комплекс теплового проектирования электронных систем: требования к архитектуре и функциональным возможностям моделирования / В.Н. Решетников, А.Г. Мадера // Программные продукты и системы. 2017. № 3. С. 367-372.

68. Кокин H.H. Основы выбора оптимального уровня детализациимоделей тепловых процессов на основе лучистого теплообмена в радиоэлектронной аппаратуре космических аппаратов / H.H. Кокин, С.У. Увайсов, А.И. Юрин // Качество. Инновации. Образование. 2015. № 1 (116). С. 48-57.

69. Киселев В.В. Моделирование теплового режима печатных узлов с металлическими теплостоками / В.В. Киселев, Ю.Н. Ширяев // Научно-технический вестник Поволжья. 2013. № 5. С. 199-202.

70. Кузнецов Г.В. Анализ деструкции полимерного материала изделий электронной техники в условиях пространственной неоднородности температурных полей / Г.В. Кузнецов, Е.В. Кравченко // Электромагнитные волны и электронные системы. 2014. Т. 19. № 3. С. 4-12.

71. Кузнецов Г.В. Математическое моделирование изменения характеристик стеклотекстолита в результате термодеструкции в типичном печатном узле: депонированная рукопись / Г.В. Кузнецов, Е.В. Кравченко -ВИНИТИ № 1619-В2006 27.12.2006.

72. Кузнецов Г.В. Взаимосвязь характеристик деструкции типичного полимерного материала и показателей надежности функционального узла авиационной электроники / Г.В. Кузнецов, Е.В. Кравченко // Электромагнитные волны и электронные системы. 2006. Т. 11. № 10. С. 11-17.

73. Северцев H.A. Математическое моделирование стохастических температурных полей сложных технических систем / H.A. Северцев, Е.А. Воронин, А.Г. Мадера // отчет о НИР № 96-02-16462 (Российский фонд фундаментальных исследований).

74. Алексеев В.П. Электротепловые интегральные модели радиотехнических устройств космического назначения с сосредоточенными

параметрами / В.П. Алексеев // Новые исследования в разработке техники и технологий. 2016. № 1. С. 19-26.

75. Карамов C.B. Особенности проведения тепловых расчетов микроэлектронной аппаратуры для систем электроснабжения космических аппаратов / C.B. Карамов, H.H. Кокин // Наноиндустрия. 2017. № Спецвыпуск (74). С. 542-548.

76. Рыбаков И.М. Особенности построения и анализа модели печатного узла в современных системах инженерного анализа / И.М. Рыбаков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2015. Т. 1. С. 179-181.

77. Кокин H.H. Методика диагностического моделирования теплового поля печатного узла на основе точечных измерений значений температуры его комплектующих элементов / H.H. Кокин, А.Н. Семененко, А.Н. Тихонов, С.У. Увайсов // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2015. №4 (160). С. 69-75.

78. Танасиенко Ф.В. Методика теплового расчета электронных приборов космического аппарата, работающих в открытом космосе / Ф.В. Танасиенко, Ю.Н. Шевченко, A.A. Кишкин // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2013. Т. 1. № 9. С. 78-80.

79. Семененко А.Н. Тепловая модель радиаторов модулей электропитания электронных средств / А.Н. Семененко, Ю.Н. Кофанов, A.C. Роткевич, С.У. Увайсов //Качество. Инновации. Образование. 2015. № 12 (127). С. 44-51.

80. Кокин H.H. Метод верификации математической модели тепловых процессов БРЭА КА за счет выделения изотермических зон / H.H. Кокин, В.В. Воловиков // Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 2. № 2. С. 263-265.

81. Алексеев В.П. Прогнозирование надежности радиотехнических устройств на основе теплофизического моделирования / В.П. Алексеев // Вестник Томского государственного педагогического университета. 2005. № 7. С. 67-72.

82. Рыбаков И.М. Экспериментальное исследование теплового поля печатных проводников при протекании через них постоянного тока / И.М. Рыбаков, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков, A.A. Лепешев // Современные информационные технологии. 2016. № 24 (24). С. 32-35.

83. Никольский Ю.В. Прогнозирование надежности радиоэлектронных устройств на основе теплофизического моделирования / Ю.В. Никольский // Новые исследования в разработке техники и технологий. 2015. № 2. С. 23-31.

84. Радиатор для электронных компонентов (варианты) // Патент РФ на полезную модель № 76767. 16.04.2008. / Муров Ю.М.

85. Сысоев A.B. Некоторые особенности теплового проектирования аппаратуры су на основе кондуктивного отвода тепла с применением печатных плат со встроенными термослоями / A.B. Сысоев, Б.И. Иванов, К.А. Минаев, Т.А. Жукова, A.C. Степанова // Труды ФГУП НПЦАП. Системы и приборы управления. 2013. № 1. С. 55-73.

86. Лозовой И.А. Средства автоматизированного проектирования и анализа механических и тепловых процессов конструкций РЭС / И.А. Лозовой, О.Ю. Макаров, С.Ю. Сизов, A.B. Турецкий // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т. 6. № 5. С. 4-6.

87. Штенников В.Н. Анализ возможностей обеспечения высокого качества механизированной пайки / В.Н. Штенников // Инженерно-физический журнал. 2015. Т. 88. № 2. С. 433-437.

88. Решетников В.Н. Многофункциональный программный комплекс теплового проектирования электронных систем: требования к архитектуре и функциональным возможностям моделирования / В.Н. Решетников, А.Г. Мадера // Программные продукты и системы. 2017. № 3. С. 367-372.

89. Панасик Д.С. Сравнительный анализ результатов теплового моделирования электронной аппаратуры в программных комплексах АСОНИКА-ТМ и SOLIDWORKS / Д.С. Панасик // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. 2016. № 1. С. 446-450.

90. Киселев B.B. Комбинированная модель теплообмена систем конструктивно-функциональных модулей радиоэлектронной аппаратуры / В.В. Киселев, В.Н. Осколков // Научно-технический вестник Поволжья. 2017. № 3. С. 68-71.

91. Кравцов П.А. Исследование влияния температуры окружающих объектов на температуру отдельно установленного ЭРИ при кондуктивно-лучистом теплообмене в РЭА / П.А. Кравцов, В.В. Воловиков // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2012. № 1. С. 295296.

92. Жумбакова Э.А. Анализ тепловых режимов работы блока антенно-согласующего устройства при отрицательных температурах окружающей среды / Э.А. Жумбакова, Н.В. Сунагатова// Техника радиосвязи. 2015. № 3 (26). С. 5661.

93. Иванов И. А. Структура программно-аппаратного комплекса мониторинга температурных полей печатных узлов электронных средств / И.А. Иванов, М.И. Красивская, С.М. Лышов, С.Н. Сафонов // Качество. Инновации. Образование. 2015. № 12 (127). С. 59-67.

94. Рыбаков И.М. Алгоритм исследования теплового режима печатной платы / И.М. Рыбаков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2017. Т. 1. С. 362-364.

95. Ефременков И.В. Проведение инженерного расчета теплового воздействия элементов электронных плат / И.В. Ефременков, М.Ю. Сорокин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. Т. 18. №4-3. С. 663-668.