Исследование и разработка устройств на основе термоэлектрических преобразователей и их оптимизация эвристическими методами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.04, кандидат физико-математических наук Омельченко, Александр Евгеньевич

• Омельченко, Александр Евгеньевич
• кандидат физико-математических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Омельченко, Александр Евгеньевич

Основные результаты и выводы

4. ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ПОДДЕРЖКИ

ФИЗИКА ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИНТЕНСИФИКАТОРОВ

ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

4.1 Разработка объектно-ориентированных моделей в предметной области физики термоэлектричества

4.2 Методика подбора прототипов устройств интенсификаторов теплопередачи по запросам в физические базы знаний

4.3 Разработка структуры программного обеспечения экспертной системы

4.4 Реализация объектно-ориентированных физических моделей

в базовых компонентах экспертной системы

4.5 Программный аспект поиска прототипов полупроводниковых

интенсификаторов теплопередачи в физических базах знаний

Основные результаты и выводы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

СПИСОК УПОТРЕБЛЕННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АСНИ - автоматизированная система научных исследований; БЗ - база знаний;

ГИФУ - гибридный интегральный функциональный узел;

ИИ - искусственный интеллект;

ЛВС - локальная вычислительная сеть;

ЛП - лингвистическая переменная;

МЭА - микроэлектронная аппаратура;

МЭОП - модель экспертной оценки параметров;

НП - нечеткая переменная;

ООП - объектно-ориентированное программирование;

ПР - принятие решения;

ПС - проектная ситуация;

ПО - программное обеспечение;

ППР - процесс проектирования;

САПР - система автоматизированного проектирования;

СОТР - система обеспечения теплового режима;

ТС - текущая ситуация;

ТЭБ - термоэлектрическая батарея;

ТЭИТ - термоэлектрический интенсификатор теплопередачи;

ТЭМ - термоэлектрический модуль;

ТЭН - термоэлектрический нагреватель;

ТЭУ - термоэлектрическое устройство;

ТФМ - теплофизическое моделирование;

ТХМ - термоэлектрическая холодильная машина;

ФР - фрейм-реализация;

ФС - фрейм-структура;

ФУ - функциональный узел;

ФП - функция принадлежности;

ЧТЗ - частное техническое задание;

ЭС - экспертная система.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка устройств на основе термоэлектрических преобразователей и их оптимизация эвристическими методами»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Современные устройства твердотельной микроэлектроники характеризуются высокими локальными рассеяниями тепла, что вызывает дестабилизацию их работы и снижает надежность. Применение систем обеспечения тепловых режимов (СОТР) на основе водяного охлаждения или тепловых труб часто невозможно из-за эксплуатационных и массогабаритных ограничений. Поэтому решение задачи температурной стабилизации микроэлектронной аппаратуры (МЭА) может быть получено применением в качестве СОТР полупроводниковых термоэлектрических интенсификаторов теплопередачи (ТЭИТ), оптимально сочетающихся с МЭА по важнейшим энергетическим и массогабаритным показателям. К числу преимуществ следует отнести:

■ возможность получить искусственный холод на основе эффекта Пельтье при отсутствии движущихся частей и холодильного агента;

■ универсальность, т.е. возможность перевода термоэлектрического устройства (ТЭУ) из режима охлаждения в режим нагревания путем реверса постоянного тока;

■ простота устройства, компактность и взаимозаменяемость, возможность применения разнообразных компоновочных схем;

Однако, несмотря на значительный прогресс в теории термоэлектричества, наблюдается значительное отставание в практической разработке и применении устройств ТЭИТ для МЭА. С другой стороны, качественная разработка ТЭИТ и СОТР на их основе невозможна без широкого применения средств автоматизации их расчета, что требует развития соответствующих моделей и методов. В арсенале разработчика здесь имеются в основном аналитические методы анализа, синтеза и оптимизации (без возможности учета недетерминированности параметров), требующие от разработчика глубоких знаний в области термоэлектричества,

что не всегда выполнимо. Поэтому актуальна разработка

автоматизированных методик и математических моделей эвристического характера. Это позволит физику-исследователю или разработчику аккумулировать и использовать практический опыт в области термоэлектричества при принятии решений в выборе энергетического режима как самого охлаждаемого узла МЭА, так и СОТР на основе ТЭИТ.

Наиболее важными проблемами применения ТЭИТ, разработки СОТР и соответствующих им методов автоматизации расчетов являются:

■ оценка возможностей ТЭИТ, обоснованность их выбора для различных объектов МЭА и сравнительный анализ с другими способами отвода теплоты и термостатирования;

■ синтез тепловых схем и математических моделей ТЭИТ с учетом нечеткости и неопределенности теплофизических параметров, затрудняющих использование аналитических методов расчета;

■ сложность разработки математических моделей, учитывающих эвристический опыт эксперта при принятии решений в вопросах термостабилизации МЭА.

Таким образом, применение полупроводниковых ТЭИТ для термостабилизации МЭА требует реализации новых вариантов устройств и соответствующих методов автоматизации их расчетов.

Настоящая диссертация посвящена: разработке и исследованию практических устройств ТЭИТ для термостабилизации МЭА, эвристических методов расчета и оптимизации теплофизических параметров их энергетического режима.

Целью работы является разработка и экспериментальное исследование новых устройств ТЭИТ с различными тепловыми схемами для термостабилизации МЭА, их эвристических моделей, методик оптимизации теплофизических параметров.

Достижение указанной цели требует решения следующих основных

задач:

1. Разработки новых вариантов устройств, тепловых схем и математических моделей полупроводниковых ТЭИТ:

■ контактного типа с объектом теплового рассеивания в виде замкнутого объема или элемента;

■ контактного типа для интенсификации теплопередачи и термостабилизации жидких диффузантов (хладоагентов).

2. Проведения экспериментальной проверки и сравнения эффективности методов термоэлектрического и естественного охлаждения на модели микроэлектронного гибридного интегрального функционального узла (ГИФУ). Цель сравнения в получении подтверждения теоретических исследований, адекватности математических моделей и эффективности разработанных устройств ТЭИТ.

3. Синтеза математических моделей данных и знаний, полученных от квалифицированного эксперта в предметной области термоэлектричества, предназначенных для комплексной разработки СОТР на основе ТЭИТ в автоматизированной экспертной системе (ЭС) с целью интеллектуальной поддержки физика-исследователя или разработчика.

4. Внедрения результатов исследований и разработок в учебные процессы кафедр, в научно-исследовательскую деятельность физических лабораторий вузов, на предприятиях электронной промышленности Республики Дагестан и Российской федерации.

Методы исследований. Научной базой проведенных исследований являются: физическая теория термоэлектрических явлений в полупроводниках, анизотропные тепловые модели навесных активных компонентов в интегральных схемах, математические модели данных и знаний из области искусственного интеллекта, теория множеств и графов, теория конечных автоматов, нечеткие модели для экспертных систем.

Научная новизна работы:

1. Впервые разработаны ТЭУ для термостабилизации широкого спектра вариантов гибридных узлов микроэлектроники. Разработаны теплофизические модели полупроводниковых ТЭИТ:

■ контактного типа с объектом теплового рассеивания в виде замкнутого объема или отдельного электронного компонента;

■ контактного типа для эффективной термостабилизации жидких хладоагентов (диффузантов).

2. Разработанные устройства отличаются от существующих на сегодняшний день аналогов более высокой эффективностью теплоотвода при миниатюрной реализации физических компонентов, что важно для МЭА высокой степени интеграции с мощными локальными тепловыми потоками.

3. Проведенными теоретическими и экспериментальными исследованиями доказана адекватность разработанных математических моделей устройствам ТЭИТ в заданном диапазоне значений рассеиваемой мощности. Решена задача установления закономерности изменения массы и площади теплообменника на горячем спае ТЭУ соответственно при термоэлектрическом и естественном способах охлаждения МЭА. Решение позволяет учесть приближенность значений физических параметров. Получены количественные показатели эффективности разработанных устройств ТЭИТ, параметров их энергетических режимов в диапазоне исследованных значений рассеиваемых тепловых мощностей.

4. Предложенная эвристическая модель, интегрирующая расчетные параметры ТЭИТ и знания специалистов в области термоэлектричества предназначена для интеллектуальной поддержки физика-исследователя. Новизна модели, по отношению к алгоритмическим моделям, состоит в учете нечеткости и непредопределенности действий физика в выборе расчетных параметров при разработке отдельных устройств ТЭИТ. Это способствует снижению вероятности принятия физиком ошибочных решений, ведущих к отказам.

Практическая ценность работы.

1. Проведенные исследования и разработанные новые устройства ТЭИТ позволяют получать более устойчивые к дестабилизирующему влиянию

- 10-

тепла устройства микроэлектроники.

2. Полученные экспериментально результаты по сравнительному анализу эффективности методов принудительного (термоэлектрического) и естественного (конвективного) охлаждения узлов МЭА использованы как информационное обеспечение экспертной системы, что создает возможность ее эксплуатации на отраслевых предприятиях.

3. Предложенные эвристические модели и методики экспертного анализа интеллектуально поддерживают физика и позволяют получать оценку эффективности практических разработок ТЭИТ для термостабилизации МЭА.

4. Учет свойства неопределенности теплофизических параметров и их экспертная оценка в разработанных моделях и методиках позволяет повысить точность расчетов до 30 процентов.

5. Разработанные методики интеллектуальной поддержки универсальны и могут быть применены в иных предметных областях, где решение логически выводится из систем правил-продукций, при условии их настройки на соответствующую информационную среду.

На защиту выносятся следующие основные тезисы и положения

диссертации:

1. Разработанные новые варианты устройств и математические модели полупроводниковых ТЭИТ с тепловыми схемами:

■ контактного типа с объектом теплового рассеивания в виде замкнутого объема или электронного компонента;

■ контактного типа для интенсификации теплопередачи и термостабилизации жидких хладоагентов (диффузантов).

2. Методика экспериментального сравнительного анализа эффективности естественного и термоэлектрического способов отвода тепла в МЭА.

3. Математическая модель формализации и аккумуляции знаний квалифицированных экспертов в предметной области термоэлектричества. Методика оценки эффективности применения, и на этой основе, выбора (логического вывода) способа термостабилизации микроэлектронного узла.

4. Математическая модель процесса принятия решения при автоматизированном выборе варианта энергетического режима ТЭИТ и

его физических параметров.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработки и

исследования по теме диссертации проводились в соответствии с важнейшими госбюджетными и хоздоговорными научно-исследовательскими работами, проводимыми в Дагестанском государственном техническом университете кафедрами "Теоретической и общей электротехники" (ТиОЭ) и "Радиоэлектронных устройств и систем" (РЭУиС)в 1988-98 гг.

Результаты диссертационной работы внедрены на промышленных предприятиях ЗАО "Эльтав" (г. Махачкала), АО "НИИ Сапфир" (г. Махачкала) в 1990-97 гг.

Кроме того, результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедрах ТиОЭ и РЭУиС Дагестанского государственного технического университета для студентов специальностей: 2303-"Проектирование и сервис бытовых машин и приборов", 2302-"Сервис бытовой РЭА" и 2008-"Радиотехника".

Апробация диссертационной работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

1. Межреспубликанской НТК по методам и средствам управления технологическими процессами, Саранск, 1989 г.

2. VI научно-техническом семинаре "Математическое обеспечение систем с машинной графикой", Махачкала, 1989 г.

3. Всесоюзной НТК по автоматизированным системам обеспечения надежности РЭА, Львов, 1990 г.

4. Российской НТК по системному анализу и принятию решений в задачах автоматизированного обеспечения качества и надежности изделий приборостроения и радиоэлектроники, Махачкала, 1991 г.

5. НТК профессорско-преподавательского состава Дагестанского государственного технического университета, проведенных в 1989-98 гг.

Публикации по теме диссертации. Материалы, содержащие основные научные результаты, опубликованы в 9 печатных работах .

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения; текст изложен на 200 страницах машинописного текста и содержит 48 рисунков, 13 таблиц, список литературы, включающий 133 наименования, приложение и акты о внедрении.

В введении представлена общая характеристика диссертации, содержащая обоснование актуальности темы, определены цели и задачи исследования, сформулированы научная новизна и практическая ценность работы, а также указаны методы, применяемые при решении задач, описаны структура и основные положения диссертационной работы.

В первой главе проводится аналитический обзор современного состояния теоретических и практических разработок в области термоэлектричества и на их основе способов термостабилизации МЭА. Рассматриваются вопросы эффективности применения ТЭИТ для этих целей. Производится анализ основных энергетических режимов ТЭИТ, устанавливаются этапы расчета термоэлектрических параметров. Приведен анализ методов расчета и существующих математических моделей. Анализируются взаимоотношения субъектов-участников процесса автоматизированного расчета ТЭИТ. Проводится анализ отечественных и зарубежных систем автоматизированного проектирования (САПР) МЭА на наличие средств расчета термоэлектрических СОТР МЭА.

Приведена постановка задачи исследования в диссертационной работе.

Во второй главе представлены разработанные новые варианты устройств ТЭИТ контактного типа и приведены их основные тепловые схемы и математические модели. Приведено описание лабораторного стенда для сравнительного анализа естественного и термоэлектрического (принудительного) охлаждения ГИФУ, методика и результаты расчетного

эксперимента.

В третьей главе приведены нечеткие модели для экспертной оценки параметров термоэлектрических устройств широкого класса. Описаны основные модели представления данных и знаний в предметной области теплофизики ТЭИТ и показано их структурное взаимодействие. Изложены методики моделирования экспертной оценки эффективности естественного и термоэлектрического охлаждения ГИФУ, выбора способа стабилизации теплового режима ГИФУ и выбора энергетического режима ТЭИТ. Наряду с этим, подробно рассмотрены вопросы интерактивного взаимодействия "физик - экспертная система" в автоматизированных расчетах.

В четвертой главе предложена и обоснована структура программного и информационного обеспечения экспертной системы комплексного моделирования термоэлектрических устройств, рассмотрены методы компьютерной реализации предложенных алгоритмов и методик.

1. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИНТЕНСИФИКАТОРОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Комплексная микроминиатюризация в условиях малосерийное™ и быстрой сменяемости производства МЭА требует всестороннего учета дестабилизирующего влияния тепла и применения соответствующей СОТР. Применение ТЭИТ для обеспечения удовлетворительного теплового режима изделий МЭА является особо перспективным видом СОТР. Автоматизация расчета ТЭИТ требует применения средств интеллектуальной поддержки принимаемых решений в выборе параметров в экспертной системе, позволяющей аккумулировать практический опыт квалифицированных практиков. Глава посвящена анализу развития термоэлектрической техники для стабилизации теплового режима МЭА и средствам интеллектуальной поддержки расчетных процедур.

1.1 Краткий обзор развития термоэлектрической техники

Термоэлектрические явления были обнаружены и исследованы более ста лет назад Зеебеком, Пельтье и Томсоном [51]. Практическое использование полупроводниковых термоэлектрических охлаждающих и нагревающих устройств в промышленности берет свое начало с разработки академиком А.Ф. Иоффе теории энергетических применений полупроводниковых термоэлементов в начале 50-х годов нашего столетия. Дальнейшее развитие теория энергетического применения

термоэлектричества получила в трудах Л.С. Стильбанса, Е.К. Иорданишвили, B.C. Мартыновского, В.А. Наера, А.И. Бурштейна, Н.С. Лидоренко, Л.И. Анатычука, Н.В. Коломойца, Е.С. Курылева, Е.А. Коленко, М.А. Каганова, Ю.Н. Цветкова, М.Р. Привина, А.Л.Вайнера, а также в

работах зарубежных ученых Г. Голдсмита, Т. Хармана, П. Грея и др. [11,21,44,46,47,51,52,65,74].

К настоящему времени по термоэлектричеству накоплен большой теоретический и экспериментальный материал, разработано и внедрено огромное количество разнообразных аппаратов, устройств и приборов, основанных на эффекте Пельтье [1-8]. По ряду направлений сведения систематизированы и опубликованы в монографиях [15,21,25,26,32].

Проанализированы режимы работы термоэлектрических устройств (ТЭУ): с минимальной температурой холодных спаев, максимальной холодопроизводительностью, максимальной энергетической

эффективностью, минимальным током, при ограничении числа термоэлементов и другие [63,73,74,92].

Ряд исследований посвящен изучению характеристик термобатарей при работе в условиях тепло- и массообмена [55,98,125,129], при использовании их в качестве интенсификатора теплопередачи и теплоизоляторов [50,107]. Исследованы вопросы влияния на работу и показатели термоэлектрических устройств пульсаций тока [63,85,101,113,114], контактных электрических и тепловых сопротивлений [50,64,84,112]. Широкие исследования проведены в области влияния теплообмена на энергетические и другие показатели охладителей и нагревателей [58,65,73], интенсификации теплоотдачи [64,98,103,114]. Много работ посвящено оптимизации параметров термоэлектрических устройств [35,37,39,85], повышению эффективности их использования [48,49,50], рациональному выбору полупроводниковых материалов [64,127]. Большой цикл исследований проведен по изучению динамических характеристик и переходных процессов в термоэлектрических устройствах в нестационарных режимах работы термоэлементов [18,29,62,115].

Перспективы развития, рациональные области применения, новые направления в использовании термоэлектричества нашли в работах

[14,21,22,44,46,70]. Широкое практическое применение и серийное производство ТЭИТ и термобатарей-модулей описано в источниках [11,24,81,97].

1.2 Перспективы применения и классификация термоэлектрических устройств

Современное производство МЭА в рыночных условиях конкурентной борьбы требует сокращения времени проектирования новых изделий. С увеличением функциональной сложности растет и степень интеграции МЭА, что сопровождается ростом локальных рассеиваний тепла. По оценкам экспертов ведущих электронных фирм в ближайшее десятилетие следует ожидать повышения удельной мощности рассеивания интегральных электронных компонентов примерно на порядок [35,76,91,127].

Дальнейшее развитие микроэлектроники видится в создании многофункциональных гибридных интегрально-функциональных узлов, сочетающих гибридный и монолитный подход исходя из технической и экономической целесообразности [31,34,37,39,75,76,81,82].

ГИФУ широко применяются в бортовой авиа- и космической МЭА и в качестве монолитных навесных активных компонентов используют мощные теплорассеивающие вентили, БИС и СБИС. Основные трудности создания мощных ГИФУ связаны с отводом тепла. Тепловыделение в них может достигать 4 Вт на кристалл, а на узел в целом до 400 Вт. Функционирование их возможно лишь при использовании СОТР, представляющих увязанную с узлом конструкцию, способную удержать нагрев кристаллов на уровне 68К [82]. Задачи обеспечения удовлетворительного теплового режима, его моделирование и учет останутся в обозримом будущем особенно актуальными [76,93,94]. Причины этого состоят в следующем:

•около половины отказов МЭА происходит вследствие нарушения тепловых режимов ее элементной базы. Это могут быть как явные выгорания, так и изощренные отказы - уход из поля допуска электрических характеристик;

•как правило, стоимость проведения натурных испытаний достаточно велика, что в конечном итоге повышает себестоимость проектируемого изделия. В большинстве случаев экономически более целесообразно локализовать критические области разрабатываемого изделия с помощью моделирования и принять соответствующие меры на стадии проектирования, чем проводить серию доработок и испытаний на реальных опытных образцах;

•никакие натурные испытания не могут дать такого объема информации, как качественно проведенное математическое моделирование. Часто оно позволяет выявить такие скрытые дефекты, которые практически никогда не смогут быть обнаружены методами натурного эксперимента, но в самый неподходящий момент проявятся в эксплуатации.

Для обеспечения удовлетворительного теплового режима принимаются следующие меры [31,38,70,81,91]:

•выбираются, в зависимости от ожидаемых температур, определенные типы элементов, а также конструкции ГИФУ;

•изменяют схему прибора для уменьшения мощности тепловыделения на элементах;

•предусматриваются специальные СОТР.

В последнем случае для этого применяют радиаторы, теплообменники, тепловые трубы, вихревые трубы, микрохолодильники, термостаты, криогенные и полупроводниковые термоэлектрические устройства.

В этом направлении особенно перспективны ТЭИТ, которые имеют существенные преимущества перед другими СОТР [11,21,22,23,46,56,59]. Это объясняется прежде всего их функциональным соответствием

требованиям охлаждения ГИФУ. Если сквозь батарею термоэлементов протекает электрический ток, то одна система спаев нагревается, а другая охлаждается. При изменении направления тока первая система спаев будет охлаждаться, а вторая нагреваться. Это явление и используется в ТЭИТ.

ТЭИТ обычного типа способны развивать в одном каскаде перепад температуры около 70 К. При температуре охлаждения до 260 К и тепловых нагрузках 30-40 Вт, ТЭИТ оказываются вне конкуренции по всем показателям (энергия, масса, объем). На рис. 1.2.1 показана область применимости ТЭИТ.

Получение более низких температур (до 150 К) требуется для бортовой МЭА, где имеют место "термоудары", развиваемые за время 30-60 с. Здесь ТЭИТ также эффективны, т.к. они имеют время входа в режим порядка 20-30с. Однако в этом случае ТЭИТ необходимо каскадировать в батареи, что увеличивает их объем и массу [25]. При больших значениях холодопроизводительности, проигрывая в экономичности (по мощности потребления), они сохраняют преимущества в массогабаритных показателях. Однако, если потребляемая мощность больше 300 Вт, применение ТЭИТ нерационально. Наиболее существенным свойством ТЭИТ является то, что они - твердотельные приборы без движущихся элементов и вследствие этого естественным путем сочетаются с современными радиоэлементами и компонентами МЭА [58].

Обзор работ по термоэлектрической технике показывает, что накоплен достаточно большой теоретический и экспериментальный материал, позволяющий с достаточно высокой степенью точности проводить расчеты и проектирование ТЭИТ различного направления. Однако, несмотря на значительный прогресс, в области термоэлектричества, количество практических разработок для стабилизации теплового режима МЭА крайне мало.

Рис. 1.2.1 Область целесообразного применения ТЭИТ \У< -по потребляемой мощности; в< -по массогабаритным характеристикам. А Т - градиент температуры на спаях термобатареи; - мощность, отводимая холодным спаем.

Тип термоэлектрического устройства и режим его работы определяются комбинацией трех факторов: направлением потока теплоты, направлением потока электрической энергии и температурным уровнем объекта теплового воздействия относительно температуры среды.

Вектор потока теплоты в ТЭУ может либо совпадать с вектором потока теплоты процесса естественной теплопередачи, т.е. быть направленным от больших температур к меньшим, либо направлен навстречу вектору естественной теплопередачи, т.е. от меньших температур к большим.

Вектор потока электроэнергии может быть направлен либо к термоэлектрической батарее (ТЭБ), что соответствует подключению ее к внешнему источнику питания, либо от термоэлектрической батареи, которая в этом случае является электрическим генератором.

Термобатарея, разделяющая две среды с различными температурами будет находится в потоке теплоты естественного направления, если электрическая цепь разомкнута. Наличие перепада температур обуславливает появление разности потенциалов на клемах ТЭБ [21,51,103,107]. ТЭБ в этом случае является термоэлектрическим генератором. При замыкании ТЭБ в ней возникает ток, который в свою очередь, порождает эффект Пельтье, т.е. поглощение тепла на спаях с низкой температурой и выделение тепла на спаях с высокой температурой.

Поглощение тепла обусловлено переносом электрическим током зарядов из вещества, где они имеют низкую энергию, в вещество с более высокой энергией зарядов. Перешедшие заряды повышают свою энергию за счет энергии кристаллической решетки вещества, вызывая поглощение тепла. В противоположном спае заряды с высокой энергией передают избыток энергии кристаллической решетке вещества, в которую они перешли, а это в свою очередь вызывает выделение теплоты. Таким образом, тепловой поток увеличивается между теплообменивающимися средами и

термобатарей. В самом материале термобатареи перенос тепла осуществляется кондуктивной теплопроводностью и электронами проводимости [52,53].

С помощью внешнего источника э.д.с. можно изменить ток в ТЭБ и повлиять на тепловой поток. При этом внешний источник э.д.с. может вызвать в цепи ток, направленный противоположно току Зеебека или совпадающий с ним. Комбинации направлений потоков тепловой и электрической энергии, реализуемых в устройстве, и определяют возможные типы ТЭУ. На рис. 1.2.2 показана предложенная классификация. Направления тепловых потоков ориентированы вниз или иную сторону между объектом теплового воздействия и окружающей средой, причем расположение объекта теплового воздействия на схеме выше линии температуры среды означает, что он имеет большую температуру, и наоборот, расположение объекта ниже этой линии означает, что температура объекта ниже температуры среды. Таким образом, направление вектора потока теплоты сверху вниз совпадает с направлением естественного процесса теплопередачи, иллюстрированного на фрагменте рис. 1.2.2.

Размещение ТЭБ в потоке теплоты естественного направления (сверху вниз ) определяет ее функционирование либо в режиме генератора с отводом электроэнергии потребителю, либо в режиме интенсификатора теплопередачи при подводе электроэнергии к ТЭБ от внешнего источника.

Изменение направления вектора потока теплоты в устройстве на противоположное направлению естественной теплопередачи, вследствие подвода электроэнергии необходимой полярности, определяет его функционирование либо в режиме теплового насоса с нагреванием объекта до температуры большей, чем температура среды, либо в режиме холодильной машины с охлаждением объекта до температуры меньшей, чем температура среды.

о

X

л

А. Ж

Д

Е Н И Е

Н А. Г Р Е В

ЕСТЕСТВЕННОЕ

I

Т

СР

и

I

Т/Э ГЕНЕРАТОР

I

I

I

Т/Э ИНТЕНСИФИКАТОР ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

, 1X1 ,

1||1||||||1

I

<

I

Н А Г Р Е В

О X Л А Ж

д

Е Н И

Е

ТЭН

1Ж

1

<

I

ТХМ

ю ю

Рис. 1.2.2 Классификация полупроводниковых термоэлектрических устройств. ( поток теплоты, =о - поток электроэнергии)

Если направление теплового потока за счет подводимой электроэнергии к ТЭБ совпадает с направлением потока естественной теплопередачи в ней, то усиливается процесс теплопередачи. ТЭУ, работающие в этом режиме, являются интенсификаторами теплопередачи. В зависимости от соотношения температур среды и объекта теплового воздействия, последний либо охлаждается, либо нагревается.

В термоэлектрических холодильных машинах (ТХМ) и в термоэлектрических нагревателях (ТЭН) с помощью термоэлектрических модулей осуществляется перенос теплоты от менее нагретой среды к среде с более высокой температурой. Процессы же протекания тепла от горячих спаев термоэлементов к холодным, обусловленные теплопроводностью полупроводниковых материалов, приводят к необратимым потерям. В работе рассмотрены ТЭИТ, в которых направление теплового потока за счет подводимой к термобатарее электроэнергии совпадает с направлением потока естественной теплопередачи в ней.

Указанный режим работы ТЭБ в качестве интенсификатора теплопередачи часто встречается в микроэлектронике при отводе тепла от компонентов. В таких же условиях работают полупроводниковые термостатирующие устройства, у которых в рабочем объеме температура выше, чем у окружающей среды.

Установлено, что применение ТЭИТ позволяет в ряде случаев заметно уменьшить размеры теплообменника, необходимого для отвода мощности от объекта. Эффект оказывается особенно значительным, когда разность между допустимой температурой объекта и температурой окружающей среды невелика. В этом случае ТЭБ, помещенная между объектом и теплообменником, позволяет повышать температуру последнего, сохраняя неизменной температуру объекта. Хотя количество теплоты, отводимой теплообменником, при этом возрастает, необходимая величина площади поверхности теплообменника может быть уменьшена [5,61]. Используя ТЭБ

в качестве интенсификатора теплообмена между трансформаторами небольшой мощности и окружающей средой, удается сократить вдвое размеры и вес охлаждающих радиаторов, либо, при сохранении габаритов, удвоить рабочую мощность трансформаторов, не опасаясь их перегрева . Как указано в работе [61], критерием эффективности использования ТЭБ для интенсификации теплообмена служит отношения площадей теплообменника без и с ТЭБ. Максимум эффективности интенсификатора, очевидно, соответствует минимуму площади поверхности теплообменника термобатареи. Условия этого минимума - оптимальный поток и перепад температуры - определены в [59,61]. Полученные выражения для оптимальной температуры теплообменника сложны и затрудняют аналитическое определение величины эффективности [57,58]. Поэтому требуется разработка не ^аналитических методов оценки эффективности, например, основанных на сборе и анализе эмпирических действий квалифицированного теплофизика (специалиста в области термоэлектричества), моделирования его знаний в экспертной системе.

1.3 Анализ взаимодействия субъектов процесса автоматизированной оптимизации параметров интенсификаторов теплопередачи

Теплофизический расчет представляет аспект общего проектирования и не может быть выделен в отдельный этап [99]. Автоматизированная параметрическая оптимизация ТЭИТ предполагает взаимодействие трех подсистем (см. ниже). Взаимодействие субъектов в динамическом интерактивном процессе переводит расчетную информацию от начального состояния (исходное задание) к конечному (документация на изделие).

В произвольный момент выделяется промежуточное описание объекта. Будем представлять далее расчет как дискретную смену промежуточных

описаний теплового режима ТЭИТ, ГИФУ или его частей и принятия решений, фиксируемых в виде промежуточных описаний. Некоторая ТС с удовлетворительными показателями становится окончательной. Достижение уровня современных требований качества разработки сдерживается низкой степенью интеллектуальности САПР в предметной области теплофизики ТЭИТ ГИФУ. Для выявления причин этого проанализируем функции субъектов проектирования.

Физический объект. Функция модели объекта в САПР- адекватно отражать состояние и поведение объекта в среде заданных внешних воздействий. Среди недостатков тепловых подсистем САПР МЭА существенно то, что имеющаяся модель объекта не подвержена эволюции в процессе проектирования (ППР). Так как проектирование основано на системном подходе и имеет блочно-иерархический характер с передачей результатов проектирования сверху вниз, то естественно было бы, чтобы результаты с верхнего иерархического уровня (аппаратный блок) передавались бы на нижний уровень (ГИФУ) автоматизировано. Однако, по-прежнему ручные процедуры здесь присутствуют в большой мере. Не выполняется автоматизированный анализ результатов расчета температурного поля, поэтому конструктор сообщает схемотехнику выявленные перегревы, а тот принимает решение о перерасчете и изменении номиналов элементов. Это увеличивает общее время проектирования.

Заложенные в математическое обеспечение САПР алгоритмы реализуют нисходящее проектирование, имеют жесткий характер и, поэтому, недостатки и неточности алгоритма переносятся на объект, получаемый в результате проектирования. Возникает необходимость сбалансировать автоматизированный расчет в направлении от объекта, чтобы алгоритмы настраивались и управлялись данными. Это позволит проектировщику сосредоточиваться на самом объекте проектирования, а не на борьбе с недостатками алгоритма.

Наряду с четкими данными об объекте присутствуют и нечеткие. Они выражают качественные характеристики, например, "сильно/слабо разогретый", "большой/малый наведенный перегрев", "вероятно", "приблизительно", "близко/далеко расположенный".

В существующих САПР не учитываются проектные данные такого рода, т.к. плохо разработаны методы их формализации.

Физик-исследователь. Основной функцией человека в расчете являются назначение цели, задание критериев оптимизации и выбор вариантов проектных решений. Действия физика при этом можно характеризовать двумя типами:

Выбор варианта. Выбор варианта является интеллектуальным творческим актом. Выбор многомерен, трудноформализуем, основан на интуиции и здесь невозможно построение четкого полиномиального детерминированного алгоритма, дающего решение за приемлемое время. Поэтому выбор, как задача, относится в теории алгоритмов к классу № полных задач (где решение достигается полным перебором всех возможных вариантов значений параметров). Сокращение круга вариантов решений возможно путем привлечения знаний эксперта, хранящихся в экспертной системе. Что обосновывает целесообразность разработки эвристических алгоритмов для решения задач термоэлектрического расчета ТЭИТ, характеризуемых как N1® полные. Иными словами, на этапе эскизного

проектирования средства обеспечения удовлетворительного теплового режима из-за отсутствия четких критериев их выбора еще являются "смутным объектом желания".

В зависимости от сложности, выбор варианта может происходить на различных уровнях: прямое указание объекта, указание по каталогу, поиск по запросу. На каждом этапе физик сталкивается с задачей принятия обоснованного решения. В отличие от последующих, на первом варианте требования к конструкции четкие и выбор не представляет затруднений. Причиной этого может быть наличие множества факторов, влияющих на выбор. Ошибки, допущенные при этом, трудноустранимы на последующих этапах, из-за больших материальных и трудовых затрат, связанных с переделками. То есть конструкционная надежность будущих ТЭИТ и ГИФУ закладывается на ранних стадиях проектирования.

Существенным недостатком, снижающим качество расчета, является сильная зависимость его результатов от личности и профессиональной подготовки самого физика-электронщика [9,20]. Он может не обладать достаточным пониманием теории термоэлектричества, что вызовет ошибки проектирования СОТР на основе ТЭУ.

Решение формальных задач. Начиная с 70-х годов и в настоящее время этот вид деятельности наиболее продвинут и автоматизирован. Математическое обеспечение САПР включает эффективные скоростные алгоритмы (например, расчет температурного поля численными методами).

САПР-АСНИ. Системный подход к автоматизации расчета отводит САПР и автоматизированным системам научных исследований (АСНИ) роль инструментального средства, подчиненного разработчику. Главной положительной тенденцией развития работ по автоматизации стало объединение начальных и завершающих стадий расчета в интегрированные сквозные САПР на базе имеющихся прикладных программ. Однако они не опирались на стандартные правила обмена данными. В каждом пакете

программ решались алгоритмически определенные задачи. По-прежнему остается открытым вопрос совершенствования технологии проектирования МЭА в направлении трудноформализуемых задач, накопления и использования опыта проектирования.

Поэтому для развития САПР теплофизического направления (в частности, расчета СОТР на основе ТЭИТ) требуется разработка алгоритмов, учитывающих нечеткость постановки задач, а также, подсистем логического вывода, моделирующих действия человека, т.е. экспертных систем.

1.4 Анализ развития средств автоматизации расчета термоэлектрических устройств

В работах [12,31,32,36-43,45,46] определены основные принципы построения современных интеллектуальных САПР МЭА, охватывающих различные аспекты и предметные области проектирования. Отмечается, что интеллектуализация САПР-АСНИ находится в начале пути, при этом дальнейшее ее развитие происходит в трех направлениях:

•внешней проблемной ориентированности, т.е. реализации универсальных систем искусственного интеллекта (ИИ);

•внешней предметно-ориентированной специализации, т.е. узконаправленных систем ИИ;

•внутренней интеллектуализации, т.е. с наличием рассредоточенных по отдельным подпрограммам модульных средств ИИ.

Тенденция интеграции в сквозную САПР узконаправленных подсистем (схемотехнических, конструкторских) при все большей их специализации, делает предпочтительным третье направление. В отличие от внешней интеллектуализации, где можно четко указать экспертные и расчетные информационные блоки, здесь ИИ погружен в традиционные для САПР подсистемы расчета, анализа и оптимизации и носит распределенный

характер. Это значит, что элементами ИИ должен быть наделен каждый отдельный алгоритм или подпрограмма, при этом нельзя указать места сосредоточения искусственного интеллекта в САПР. В этом случае легко указать перечень ситуаций, на которые необходима интеллектуальная реакция соответствующего алгоритма и это будет минимально по сравнению с интеллектуализацией на более крупных уровнях агрегатирования алгоритмов и функций подсистем САПР. Поэтому для ответственной специальной задачи расчета ТЭИТ и СОТР целесообразно иметь САПР с внутренней интеллектуализацией в виде встроенной ЭС. Установим основные свойства ЭС:

•возможность комплексного математического моделирования тепловых процессов при выборе типа СОТР;

•поддержка принятия решений при моделировании ТЭИТ; •выдача "экспертных оценок", обеспечивающих выбор математических моделей, сокращающих объем натурного эксперимента при теплофизических испытаниях МЭА;

•фиксация знаний квалифицированных разработчиков в виде условных высказываний с учетом нечетких значений термоэлектрических параметров;

•генерация сценария расчета типового устройства ТЭИТ и анализ степени достижимости заданных параметров при заданных ограничениях;

•развитый интерактивный диалоговый и графический интерфейс с пользователем;

•ориентация на принципы объектной-ориентированности при разработке программного обеспечения (ПО) САПР;

•использование аппаратной базы САПР на основе персональных графических рабочих станций, объединенных в локальную вычислительную сеть (ЛВС) с выходом в глобальные компьютерные сети.

До 90-х годов в отечественных САПР наибольшие успехи были достигнуты в рамках межотраслевых работ РАПИРА и ПРАМ [28,68],

предназначенных для решения отдельных задач схемотехнического и конструкторского проектирования МЭА. Аппаратной основой этих САПР были большие и средние ЭВМ. Пакетный режим обработки заданий был тормозом их развития. Быстрое вторжение на отечественный рынок персональных компьютеров во второй половине 80-х годов вытеснило семейство ПРАМ и создало возможности для развития САПР с диалоговым графическим интерфейсом.

В системе АСОНИКА-Т (1993г.) [14,15,70] моделируются стационарные и нестационарные тепловые режимы печатных узлов [131], микросборок, стоек и блоков кассетной и этажерочных конструкций. При синтезе модели теплового режима применяется иерархический подход для соответствующих конструктивных уровней. К недостатку следует отнести отсутствие средств моделирования нечеткости параметров и экспертного анализа проектной ситуации (ПС).

Сравнительно большие возможности имеются в системах "Комплекс-К", "Блок", "Лира", "Диагональ", "Канал" [31,76,93]. В них реализованы:

•программный генератор, обобщающий 10-летний опыт эксплуатации программного комплекса того же назначения для машин класса ЕС ЭВМ; •интерфейс САПР РСАЕ) и Р8Р1СЕ;

•выбор способа охлаждения на различных конструктивных уровнях; •весь цикл математического моделирования температурных полей микросборок, микросхем, печатных плат, включая оптимизацию режима функционирования по перегревам и показателям надежности;

•диалоговый режим работы, генератор сеточных моделей для различных условий теплообмена. Разработчиком не заявлена способность системы к проектированию ТЭИТ и экспертному анализу нечетких ситуаций в принятии решения (ПР). Не предусмотрен обмен данными в среде ЛВС.

Общим недостатком современных отечественных САПР МЭА является разобщенность исследований и отсутствие стандартов на интеграцию

открытых систем, что является главной тенденцией в западных САПР 90-х годов [13,93,128]. Разработчикам необходимы помимо узкоспециальных программ синтезаторы логики проектирования. Как показано в работах [37,72,106,133], в ряде стран разработка средств анализа тепловых режимов МЭА ведется не только частными компаниями, но и на государственном уровне, например система CNET (Франция, 1996 г.), где несколько лет активно проводятся работы по созданию библиотеки тепловых моделей электронных устройств. В США наиболее авторитетными разработчиками считаются системы "Visual Thermal" (компания RACAL-Redac, 1990-97 гг.) и "Auto-Therm V8.0" (фирма Mentor Graphics, 1988-97 гг.). Первый из них обеспечивает моделирование режимов естественного и принудительного охлаждения, описывает источники теплового излучения и специальные условия работы. Графический постпроцессор отображает распределение температуры в каждом слое платы и даже на поверхности схемного кристалла. Продажная цена пакета составляет 17-19 тысяч долларов. В "Auto-Therm V8.0" предусмотрена модификация топологии платы с целью устранения перегревов. Однако, для работы системы требуются рабочие станции Hewlett Packard с 128 шВ оперативной памяти. Высокая цена пакета - 22 тыс. долларов - представляет преграду для использования его в России. Наиболее близко удовлетворяющей современным требованиям является система X-Pant (1994 г.) [76], позволяющая помимо расчетов температурных полей вести анализ чувствительности компонентов к изменению температур и учитывать влияние разбросов электрических, геометрических и тепловых параметров. К недостаткам зарубежных систем следует отнести отсутствие средств экспертного анализа и способности обобщать и накапливать опыт проектирования. Известные методики расчета и оценки эффективности базируются на точных аналитических методах и требуют большое число вводимых данных (для ТЭИТ порядка 25 теплофизических параметров), что затрудняет их практическое применение.

Имеющиеся методы расчета ориентированы на специалистов, и требуют глубоких знаний в области термоэлектричества, что может затруднить их широкое инженерное применение.

Существующее программное обеспечение ЭВМ по расчету ТЭИТ носит жесткий характер и не учитывает настройку алгоритма на изменение постановки расчетной задачи, не имеет интеллектуальной поддержки пользователя. Не встречается сообщений о разработке автоматизированных методик и моделей эвристического характера, позволяющих физику -исследователю и практику - инженеру накапливать и использовать опыт специалистов по термоэлектричеству при принятии решений в выборе энергетического режима ГИФУ и охлаждающего его ТЭИТ совместно с теплообменником.

Таким образом, существующие системы АСНИ и САПР не обеспечивают требуемые показатели интеллектуальности,

сформулированные выше. Поэтому для их практического применения в области физики термоэлектричества необходимо разработать ЭС, наделенную средствами ИИ и позволяющую решать задачи термоэлектрического расчета ТЭИТ подобно квалифицированному специалисту.

1.5 Постановка задач исследования

Обзор публикаций, посвященных ТЭУ на основе эффекта Пельтье, указывает на целесообразность их применения для термостабилизации МЭА и особенно в бортовом исполнении (самолетная, космическая). Их реализация в виде термоэлектрических интенсификаторов теплопередачи обеспечивает принудительную передачу тепла от рассеивающих его гибридных интегральных функциональных узлов к внешним теплообменникам.

При этом возможно значительное снижение массы и габаритов теплообменных устройств, что существенно для плотной компоновки МЭА. Известные конструктивные решения термоэлектрических интенсификаторов теплопередачи относятся к контактному типу и реализуют, чаще всего, схему: объект - термоэлектрическая батарея - теплообменник. Причем не рассматривается конструктивная связь объекта с пространством приборного отсека МЭА.

Представляет интерес разработка практических устройств ТЭИТ (применяемых в электронной промышленности) для термостабилизации жидких диффузантов, участвующих в технологических процессах образования тонких и толстых пленок. На этой основе возможно совмещение жидкостного и термоэлектрического способов охлаждения МЭА.

Все вышеизложенное обусловливает актуальность проведения данного исследования. На основе выполненного анализа сформулируем задачи исследования :

1. Разработка новых вариантов устройств полупроводниковых ТЭИТ с тепловыми схемами и математическими моделями:

■ контактного типа с объектом теплового рассеивания в виде замкнутого объема или компонента;

■ контактного типа для интенсификации теплопередачи и термостабилизации жидких диффузантов или хладоагентов.

2. Проведение экспериментальной проверки и сравнения эффективности методов термоэлектрического и естественного (воздушного) охлаждения на тестовом ГИФУ с целью подтверждения теоретических исследований, адекватности математических моделей и эффективности разработанных устройств ТЭИТ. Выработка рекомендаций по оптимизации энергетических и массо-габаритных характеристик ТЭИТ, их практическому применению в исследованных диапазонах отводимых тепловых мощностей и температурных градиентов.

3. Построение математических моделей представления данных, знаний квалифицированных специалистов в предметной области термоэлектричества для системы комплексной разработки систем обеспечения тепловых режимов МЭА на основе ТЭИТ в автоматизированной экспертной системе с целью интеллектуальной поддержки физика-исследователя.

4. Внедрение результатов исследований и разработок на предприятиях электронной промышленности, в учебные процессы кафедр, в научно-исследовательскую деятельность физических лабораторий вузов, Республики Дагестан и Российской федерации.

- 35 -

2. РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ИНТЕНСИФИКАТОРОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ КОНТАКТНОГО ТИПА И ОЦЕНКА ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ УЗЛОВ

Микроэлектронная аппаратура характеризуется высокими удельными тепловыми рассеиваниями отдельных узлов. Поэтому для ее термостабилизации посредством ТЭИТ требуется разработка специальных устройств охлаждения и их математических моделей. В главе описаны разработанные новые варианты устройств ТЭИТ контактного типа, приведены их основные тепловые схемы и математические модели. Приведено описание лабораторного стенда для проведения сравнительного анализа естественного и принудительного (термоэлектрического) охлаждения ГИФУ, методика и результаты расчетного эксперимента.

2.1 Полупроводниковые устройства для интенсификации теплопередачи и термостабилизации замкнутых объемов в микроэлектронных устройствах

В работах [19,57,60,94,97] приведены основные варианты ГИФУ. Для таких узлов в лаборатории термоэлектричества Дагестанского государственного технического университета разработаны устройства ТЭИТ, которые содержат микроплату с теплорассеивающими компонентами, припаянную днищем к корпусу [1,2]. В расположенных на микроплате навесных компонентах создается необходимый тепловой режим, контролируемый размещенным в полости корпуса ГИФУ датчиком температуры, соединенным со входом терморегулятора, чей выход связан с термоэлектрическим модулем. Конструкция устройства показана на рис. 2.1.1. Тепловая энергия от элементов 5 рассеивается на микроплате 4

Рис. 2.1.1 Конструкция узла ТЭИТ для ГИФУ с теплообменником радиаторного типа.

1-полость корпуса ГИФУ; 2-ТЭИТ; 3-радиатор; 4-микроплата; 5-навесные элементы; 6-прослойка-диэлектрик.

и через днище корпуса 1 переходит на холодный спай ТЭИТ 2. С горячего спая ТЭИТ тепло отводится на внешний теплоотвод 3.

Функционирование устройства обеспечивается следующим образом. С помощью регулятора температуры, подключенного к термоэлектрическому модулю (ТЭМ) 2, задается и в дальнейшем поддерживается с помощью датчика температуры необходимый тепловой режим в полости 1. В зависимости от задаваемого теплового режима терморегулятор подает на выводы ТЭМ необходимой величины и полярности напряжение, в зависимости от которого ток, проходящий по модулю, нагревает или охлаждает его соответствующие спаи, а следовательно, и полость 1. Фактическую температуру на микроплате размещенный в ней датчик подает на вход терморегулятора, что обеспечивает коррекцию напряжения, подаваемого на ТЭМ 2. Воздушный радиатор 3 обеспечивает отвод теплоты от горячих спаев ТЭМ 2. Общий вид устройства показан на рис 2.1.2.

Проведенные испытания для различных элементов показали, что применение описанного устройства обеспечивает эффективное протекание процесса интенсификации теплопередачи, а также возможность поддержания заданного теплового режима работы электронных компонентов

с высокой точностью (±0,1 °С) [8].

Разработано также устройство, в котором ТЭМ устанавливаются своими горячими спаями не на специальный теплообменник, а на корпус (кожух) приборного отсека МЭА [3]. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 2.1.3, где 1 - герметичная полость, образованная платой 2 с микроэлектронными элементами и соединенным с ней по периметру металлическим корпусом 3, на свободную внешнюю поверхность которого нанесен теплоизолирующий слой 4. К внешней поверхности корпуса присоединены, например, с помощью пайки горячие спаи ТЭМ 5. С другой стороны они имеют тепловой

Рис. 2.1.2 Общий вид устройства ТЭИТ для термостабилизации замкнутого объема

Рис. 2.1.3 Конструкция устройства ТЭИТ замкнутого объема с контактом горячих спаев на стенку приборного отсека

контакт с несущим корпусом (кожухом) 6 узла МЭА. На плате герметично насажены электрические контакты 7. Устройство содержит терморегулятор (не показан), вход которого электрически соединен с датчиком (не показан), размещенным внутри полости 1 рядом с элементами и измеряющим их фактическую температуру. Выход терморегулятора электрически связан с термоэлектрическим модулем 5.

С помощью регулятора, подключенного к ТЭМ 5, задается и в дальнейшем поддерживается с помощью датчика температуры необходимый тепловой режим в полости 1. В зависимости от задаваемого теплового режима терморегулятор подает на выводы ТЭМ 5 необходимой величины и полярности ток, который проходя по ТЭМ, нагревает или охлаждает его соответствующие спаи, и следовательно, полость 1. Фактическую температуру в полости 1, размещенный в ней датчик подает на вход терморегулятора, что обеспечивает коррекцию напряжения, подаваемого на ТЭМ 5.

Теплота или холод от горячих спаев через кондуктивный контакт передается несущему корпусу 6 приборного отсека и рассеивается им в окружающую среду.

Применение указанного устройства позволяет эффективно использовать рабочий объем приборного отсека за счет устранения специального громоздкого теплообменника [3,4]. Эффективность термостабилизации элементов МЭА также повышается, т.к. теплообменник, находящийся внутри приборного отсека не может быть эффективнее, чем кожух , непосредственно контактирующий с окружающей средой.

2.2 Термоэлектрическое полупроводниковое устройство для термостабилизации жидких диффузантов

В отечественной и зарубежной литературе описаны устройства для термостатирования, использующие в своих конструкциях ТЭМ, имеющие небольшие размеры, достаточно простые в обращении и имеющие способность нагреваться или охлаждаться в зависимости от направления подаваемого на них тока [35,59,61].

Для использования на предприятиях электронной промышленности разработано термоэлектрическое устройство, предназначенное для интенсификации теплообмена, термостабилизации и регулирования с большой точностью расхода количества жидких диффузантов, используемых при производстве микросхем в электронной промышленности [56,58].

Конструкция устройства показана на рис. 2.2.1., внешний вид на рис. 2.2.2. Оно содержит внутреннюю камеру 1, рабочий объем которой подлежит термостабилизации. В нижней части камеры 1 с диаметрально противоположных сторон выполнены шлицы, на которые припаяны своими первыми спаями ТЭМ 3. На поверхности камеры 1 установлен датчик температуры 2. Камера 1 с ТЭБ 3 и датчиком 2 вставлена с зазором 4 в выполненную из двух половинок внешнюю камеру 8 так, чтобы вторые спаи ТЭМ имели тепловой контакт со стенкой внешней камеры. Зазор между камерами 1 и 8 заполнен теплоизоляционным материалом, например, пенопластом. На внешней поверхности камеры 8 в его нижней части выполнено оребрение 6, служащее для рассеивания избытка теплоты, отбираемого от вторых спаев ТЭМ 3. На поверхности камеры 8 имеется также коробка электровыводов 7 от ТЭБ 3 и датчика 2. Устройство также содержит крышку 5, закрывающую камеры 1 и 8 сверху, в которой выполнены необходимые отверстия для ввода и вывода рабочей среды из

ю

Рис. 2.2.1 Схема устройства ТЭИТ для термостабилизации жидких диффузантов (хладоагентов)

Рис. 2.2.2 Общий вид устройства ТЭИТ для термостабилизацпи жидки» диффузантов

термостатируемого объема и для датчика, измеряющего температуру этой среды.

Вся конструкция вставлена в кожух 9, охватывающий нижнюю оребренную часть камеры 8 и служит для принудительного обдува ее сжатым воздухом. В состав устройства также входит терморегулятор (не показан), который подает на ТЭМ 3 необходимой силы и полярности ток в зависимости от показаний датчика 2, связанного с входом регулятора.

Известно, что любая система, элементы которой находятся при различных начальных температурах, стремится со временем к равновесной температуре. При этом интенсивность теплопередачи от одних элементов к другим зависит от градиента температуры между этими элементами, т.е. чем больше градиент, тем интенсивнее теплопередача. Термобатарея 3, изменяя температуру стенок камеры 1, увеличивает градиент температуры между жидким диффузантом, находящимся в камере 1, и его стенками, тем самым, интенсифицируя передачу тепла. Сигналы изменения температуры стенок камеры 1 с помощью датчика 2 подаются на вход терморегулятора, который сравнивает температуру с заданной оператором на его шкале и в результате этого сравнения корректирует полярность и силу тока, подаваемого на ТЭМ 3.

Поскольку температура стенок камеры 1, измеряемая вторым независимым датчиком, не совпадает, то необходима предварительная градуировка устройства для установления соответствия показаний этих датчиков.

Из описания конструкции и результатов эксплуатации устройства видно, что оно проще по структуре и в работе. Испытания лабораторной модели устройства показали, что для выхода на режим термостабилизации

+ 14 °С при температуре окружающей среды + 35 0 С требуется около 8

мин., а при температурах окружающей среды, меньших + 14 °С - около 1,2 мин.

2.3 Теплофизические модели термоэлектрических интенсификаторов контактного типа для термостабилизации замкнутых объемов и жидких диффузантов

Конструктивная пластичность и возможность реверсирования теплового потока определяет большое многообразие устройств с термоэлектрическими преобразователями, стабилизирующих тепловой режим, выполняющими роль охладителей и нагревателей, а также интенсификаторов теплопередачи [7,27,56].

В данном параграфе приводится методика, описывающая расчетные выражения, алгоритмы и реализуемые в них тепловые схемы устройств термостабилизации, особенностью которых является непосредственный кондуктивный контакт спаев ТЭБ с объемом статирования или отдельными компонентами статирования.

Тепловые схемы соответствующих устройств приведены на рис. 2.3.1 и 2.3.2. В случае термостабилизации замкнутого объема (рис. 2.3.1) в нем обеспечивается температура Т^ ПРИ температуре среды, омывающей

внешние спаи ТЭБ, Т,2. Тепловая нагрузка на ТЭБ определяется суммой внутренних тепловыделений И" и теплопритоков (теплопотерь) ()т со стороны среды, омывающей объем статирования Т22 ■ Отметим, что в общем случае температуры сред, омывающих объем статирования и внешние спаи термоэлектробатареи, могут быть не равны между собой. Спаи батареи могут, в частном случае, иметь оребрение, как показано на рис. 2.3.1, коэффициенты теплопередачи по внутренней и наружной стороне задаются соответственно как а\ и аг ■ Расчет коэффициентов теплопередачи в связи с разнообразием схем организации теплообмена и его интенсификации рассматривается отдельно. В результате работы ТЭБ через нее передается в объем статирования или наружу тепловой поток В случае наличия в объеме теплостоков (например, испарение жидкости), внутренних

Рис. 2.3.1 Тепловая схема режима статирования объема

Т 2

- <72

-->

Рис. 2.3.2 Тепловая схема режима статирования тепловыделяющего

элемента

источников Ж' вводится со знаком минус.

Отличие тепловой схемы режима термостабилизации элемента или ГИФУ (рис. 2.3.2) заключается в том, что под температурой статирования понимается температура корпуса элемента, находящегося в кондуктивном контакте со спаями батареи. Условия теплового контакта задаются бесконечно большим значением коэффициента теплоотдачи. Величина тепловой нагрузки ¡V' на ТЭБ определяется с учетом возможного рассеивания части выделяемой (поглощаемой) объектом мощности в окружающую среду.

В методике расчета использованы выражения, приведенные в монографии [113], и преобразованные в соответствии с допущением о том, что спаи ТЭБ обмениваются теплотой со средами постоянной температуры

Т\ и Т2 ■

Тогда выражение для холодопроизводительности имеет вид:

I- 0,5 е

/I

БъКг сск2)

--*-±1

а Кг

1 + 0,5 е 1

X

Бъ К\ а К\)

1 - 0,5 е 7

Я

\

+

Бь Кг а Кг)

Г

,(2.3.1)

аг К\ К2

Выражение для теплопроизводительности:

&

1 - 0,5 е

I

X

Заключение диссертации по теме «Физическая электроника», Омельченко, Александр Евгеньевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведен комплексный анализ возникающих задач при исследовании и разработке полупроводниковых термоэлектрических интенсификаторов теплопередачи для стабилизации теплового режима узлов микроэлектронной аппаратуры с высокими локальными рассеиваниями тепла. Показано, что для современных узлов МЭА требуются новые совместимые с ними устройства ТЭИТ, а для их автоматизированного расчета необходимы математические модели, учитывающие нечеткость и разброс теплофизических параметров. В настоящее время неизвестны методики комплексного моделирования ТЭИТ в физических автоматизированных системах научных исследований.

2. Разработаны новые варианты устройств полупроводниковых ТЭИТ контактного типа с различными тепловыми схемами для замкнутых объемов и отдельных компонентов. Они обеспечивают относительную простоту их применения для широкого класса конструкций микроэлектронных устройств. Для типовой конструкции гибридного интегрального функционального узла разработан ТЭИТ, синтезированы соответствующие тепловые схемы и математические модели с двумя вариантами теплообменника на горячих спаях: в виде оребрения и контактирующей несущей конструкции приборного отсека (кожуха).

3. Разработан ТЭИТ контактного типа для термостабилизации жидких диффузантов (хладоагентов).

4. На основе анализа результатов проведенных экспериментально исследований по сравнению эффективности методов термоэлектрического и естественного охлаждения показано, что использование ТЭИТ снижает массогабаритные характеристики систем обеспечения тепловых режимов, увеличивает надежность работы тепловыделяющих объектов. ТЭИТ особенно эффективны при небольших температурных градиентах между тепловыделяющим объектом и средой. Исследования показывают, что применяя ТЭИТ, удается сократить вдвое размеры и вес охлаждающих радиаторов, либо, сохраняя габариты, отводить двойную тепловую мощность, не опасаясь перегрева микроэлектронного узла. Полученные в результате экспериментов зависимости для интегрального показателя эффективности (коэффициент неодномерной теплопередачи), позволяют вести корректный расчет теплообменника, как элемента конструкции СОТР на основе ТЭИТ.

5. Впервые предпринята попытка разработки экспертной системы для комплексной оптимизации параметров системы обеспечения тепловых режимов на базе ТЭИТ. ЭС позволяет аккумулировать знания квалифицированных специалистов в области термоэлектричества, использует эвристические методы в оценке теплофизических параметров и служит средством интеллектуальной поддержки физика-исследователя. Взаимодействие с ЭС протекает в интерактивном режиме. Применение ЭС позволяет учесть трудноформализуемость задачи разработки термоэлектрических устройств в условиях нечеткой постановки задачи и влияющих на ее решение факторов.

6. На основе результатов физических и расчетных экспериментов сформировано информационное обеспечение базы знаний экспертной системы.

7. Разработаны эвристические методики с учетом нечеткости теплофизических параметров: выбора способа стабилизации теплового режима узла МЭА среди альтернативных (ТЭИТ, оребрение, перекомпоновка); оценки и выбора энергетического режима ТЭИТ между экстремальными режимами максимальной холодопроизводительности и максимальной энергетической эффективности.

Устройства и методики используются в учебно-исследовательских процессах кафедр ТиОЭ и РЭУиС Дагестанского государственного технического университета (для студентов специальностей: 2303

Проектирование и сервис бытовых машин и приборов" и 2302-"Сервис бытовой РЭА"), на предприятиях электронной промышленности Республики Дагестан и Российской федерации, что подтверждается прилагаемыми актами внедрения.

Совокупность результатов исследований в дальнейшем позволяет использовать их в качестве научно-практической основы при разработке новых устройств ТЭИТ и соответствующих средств автоматизации их расчетов.

Необходимость продолжения работ в этом направлении подтверждается включением их в Российские и республиканские государственные научно-технические программы.

- 185

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Омельченко, Александр Евгеньевич, 1998 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1.А.С. №13172246 СССР. Способ термостатирования тепловыделяющего объекта. /Филин С.С., Кирчич Н.С.//Б.И. 1987.№22.

2. A.C. №1725424 СССР. Термоэлектрическое полупроводниковое устройство для термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры./Исмаилов Т.А., Набиулин А.Н. и др.//Б.И. 1992. №13.

3. А.С.№ 1763841 СССР. Термоэлектрический теплообменник./Исмаилов Т.А.//Б.И. 1992. №35.

4. A.C. № 1824681 СССР. Термоэлектрический интенсификатор теплопередачи преимущественно для отвода тепла от элементов радиоэлектроники большой мощности./Исмаилов Т.А.// Б.И. 1993. №24.

5. A.C. № 1832409 СССР. Радиоэлектронное устройство./Исмаилов Т.А., Набиулин А.Н. и др.//Б.И. 1993. №29.

6. A.C. №801331 СССР. Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов. /Благодатный B.M., Костюк В..А., Ремха Ю.С./ Б.И. 1981.№4.

7. A.C. №978398 СССР. Шкаф для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры./Волков Г.В., Карташев Т.П., Кудрявцев A.A. и др./Б.И.1982. №44.

8. Патент СССР №1787271 Устройство для снятия характеристик термоэлектрических материалов./ Салманов Н.Р., Исмаилов Т.А., Цветков Ю.Н.//Б.И. 1993. №1

9. Амераал Л. Интерактивная трехмерная машинная графика. Пер. с англ. М.: "Сол Систем", 1992. 224с.

10.Амераал Л. Принципы программирования в машинной графике. Пер. с англ. М.: "Сол Систем", 1992. 224с.

П.Анатычук А.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства. Справочник. Киев.: Наукова думка, 1979.768 с.

12.Анисимов В.И., Стрельников Ю.Н. Экспертные САПР радиоэлектронной аппаратуры. //// Изв. Высш. Уч. завед. Радиоэлектроника, 1987, Том 30, № 6.

13.Армстронг Дж. Р. Моделирование цифровых систем на языке VHDL. Пер. с англ. М.: Мир, 1992.175с.

Н.Арутюнов П.А. Экспертные системы - электронные консультанты технолога в производстве СБИС //Микроэлектроника. 1991. вып. 4. с.323.

15. Афонина JI.M. Электротепловые расчеты ПУ на базе подсистем АСОНИКА-Э и АСОНИКА-Т //.- ИФЖ,- 1986, т.51, № 5, с. 765-769.

16.Бенд Т. СУБД на основе языка SQL //"Мир ПК". 1991.№ 4.

17.Берштейн JI.C., Боженюк A.B. Синтаксическая независимая лингвистическая переменная в задачах принятия решений // Программное обеспечение ЭВМ: индустриальная технология , интеллектуальная разработка и применение. Региональная научно-практическая школа-семинар: Тез. Докладов. Ростов-на-Дону. 1988. 4.1 с. 126-127.

18.Бок О.Д., Цветков Ю.Н., Елизаров B.C. Термоэлектрический осушитель сжатого воздуха.//Холод.техника. 1975. №5. с. 26-27.

19.Борисов В.Ф., Боченков Ю.И., Высоцкий Б.Ф. и др. Конструирование аппаратуры на БИС и СБИС. М.: "Радио и связь", 1989. 272с.

20.Бунза. Основные направления развития САПР в 90-х годах.// "Электроника". 1990. №7.

21.Бурштейн А.И. Физические основы расчета полупроводниковых термоэлектрических устройств. М.: Физматгиз, 1962. 177 с.

22.Вайнер A.JI. Каскадные термоэлектрические источники холода. М.: Сов.радио,1976 г. 137 с.

23.Викулин И.М., Майстренко И.Е., Прохоров В.А. Термостабильные генераторы тока на полевых транзисторах.// Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО: Науч.-техн. сб. -1991.- Вып. 1. -С.34-39.

24.Вайнер А.Л. Глубокое термоэлектрическое охлаждение и его перспективы: Обзор по проблематике // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО. 1991. Вып. 2. с. 72-78.

25.Вайнер А.Л. Новые схемы каскадных охлаждающих термобатарей. //Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО. 1991. Вып. 1. с.66-68.

26.Вердиев М.Г. Исследование термоэлектрических охлаждающих устройств, работающих с испарительными тепловыми сифонами. Автореф. дисс. к.т.н. Л., 1974. 28 с.

27.Вихорев Г.А. , Наер В.А. Влияние теплоотдачи на характеристики полупроводниковых термобатарей для холодильников и тепловых насосов.// ФТТ. 1959. № 6. с.903-907.

28.Галкин А. А. Автоматизированное проектирование баз данных с применением концепции знаний // Вопросы радиоэлектроники. ОВР. 1990. №6.

29.Гарачук В.К. Роль условий теплообмена в экстремальных режимах термобатарей.// ХТТ. 1967. № 44. с. 102-105.

30.Гентлетт К. Человек и САПР // "Мир САПР". 1991. №1.

31.Горохов С.М., Коноплев И.Д., Бодарев А.Д. Интеллектуализация средств автоматизации моделирования тепловых режимов нового поколения в задачах теплофизического проектирования РЭА. //Вопросы радиоэлектроники, сер. ТРТО. 1990. с. 15.

32.Готра З.Ю., Григорьев В.В., Смеркло Л.М., Эйдельнант В.М. Сквозное автоматизированное проектирование микроэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1989. 280с.

33.Грязнов О.С., Иорданишвили Е.К., Кодиров A.A., Наумов В.Н. Исследование нестационарного режима охлаждающего термоэлемента без теплоотвода с горячих спаев.//ИФЖ. 1986. т.51. № 5. с. 765-769.

34.Доморацкий И.А., Лапин М.С., Меткин Н.П., Унификация инженерных решений технологической подготовки производства микросборок. М.: Издательство стандартов, 1989. 248с.

35.Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов A.B. Методы расчета тепловых полей в электронике. М.: Радио и связь, 1990. с. 3-27.

36.Заде JI.A. Понятие лингвистической переменной и его применение к понятию приближенного решения. Пер. с англ. М.: Мир, 1976. 165с.

37.Зеленин И.Л. О машинном моделировании теплофизических процессов в микросборках с учетом технологических особенностей. Л.: Изв. ЛЭТИ, 1981. вып. 264. с. 23-26.

38.Зеленин И.Л., Омельченко А.Е. Автоматизированная экспертная оценка теплового сопротивления корпус-среда микроблока СВЧ // Сборник научных трудов " Актуальные проблемы информатики, управления и радиоэлектроники". Махачкала ДПТИ. 1995.

39.Зеленин И.Л., Омельченко А.Е. Анализ теплового режима термоэлектрических модулей на ЭВМ // Межвузовский тематический сборник, Махачкала, ДГУ, 1990.

40.Зеленин И.Л., Омельченко А.Е. Компьютерная "томография" состояния термоэлектрических устройств// Материалы Всесоюзной НТК по автоматизированным системам обеспечения надежности РЭА. Политехнический институт, Львов, 1990.

41.Зеленин И.Л., Омельченко А.Е. Некоторые принципы реализации искусственного интеллекта в задачах оптимизации термоэлектрических устройств. //Материалы межреспубликанской НТК. Саранск. 1989.

42.3еленин И.Л., Омельченко А.Е. Расчет устройств на эффекте Пельтье в интегрированных интеллектуальных САПР //Материалы VI НТ семинара "Матобеспечение систем с машинной графикой". Махачкала ДПТИ. 1989.

43.Зеленин И.Л., Омельченко А.Е., Яшувов В.К. Методы отображения графической информации о тепловых режимах микроэлектронных устройств// Российская НТК "Системный анализ и принятие решений". Махачкала. Дагестанский политехнический институт. 1991.

44.3орин И.В., Зорина 3.JI. Термоэлектрические холодильники и генераторы. Л.: Энергия, 1973.136с.

45.Ильин В.Н. Интеллектуализация САПР // Изв. Высш. Уч. завед. Радиоэлектроника. 1987. Том 30. № 6.

46.Интенсификация теплообмена /Nakayama. ВЦП-№22220-57е. International Heat Transfer Conference 7-th. München, 1982. Proceedings, V.l, p. 223. МФ. Пер.84. 3642.

47.Иорданишвили E.K. Термоэлектрические источники питания. М.: Сов. Радио, 1968. 184с.

48.Иорданишвили Е.К. Об эффективности холодильных термоэлементов.// ФТТ. 1959. т.1. т. 14. с. 654-655.

49.Иоффе А.Ф. , Айрапетянц Л.С., Иоффе A.B., Коломоец Н.В., Стильбанс Л.С. О повышении эффективности полупроводниковых термопар.// ДАН СССР. 1956. 106 т. № 6. с. 981-984.

50.Иоффе А.Ф. Влияние электрического сопротивления коммутационных пластин на эффективность термоэлектрического охлаждения. В кн. : Полупроводники и радиотехника в агрофизических исследованиях. Л., 1966. с. 146-149.

51.Иоффе А.Ф. Полупроводниковые термоэлементы. М-Л.: Изд-во АНСССР, 1956.188 с.

52.Иоффе А.Ф., Стильбанс Л.С., Иорданишвили Е.К., Ставицкая Т.С. Термоэлектрическое охлаждение. М.: Изд-во АН СССР, 1956.108 с.

53.Иоффе Д.М., Орлов B.C. О градации термоэлектрических охлаждающих батарей. //Холод. Техника. 1969. № 2. с. 24-30.

54.Искусственный интеллект: в 3-х кн. Справочник М.: "Радио и связь", 1990.

55.Исмаилов Т.А., Абдулгалимов A.M. Модель численного расчета работы полупроводникового термоэлектрического интенсификатора теплопередачи проточного типа в нестационарном режиме. В кн.:

Проектирование электронной аппаратуры с применением САПР Межвуз. Научн.-тем. Сб. Махачкала. 1990. с. 131-140.

56.Исмаилов Т. А., Давыдов A.A., Гусейнов А.Б., Гаджиев А.И. Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для интенсификации теплопередачи и термостабилизации жидких диффузантов. Информ. Листок № 21-91, сер. Р. 47.13.11. 4с./ Даг. ЦНТИ.

57.Исмаилов Т.А., Зеленин И.Л., Омельченко А.Е. Методика расчета термоэлектрического охладителя гибридного интегрального функционального узла //Сб. Научн. Трудов. Махачкала ДТУ. 1996.

58.Исмаилов Т. А. Исследование, разработка и создание серии полупроводниковых термоэлектрических интенсификаторов и устройств для управления и стабилизации температуры замкнутых объемов. Отчет по научно-исслед. Теме № 392, № гос. Регистрации 01.9.100011933 Махачкала, 1990.

59.Исмаилов Т.А., Малков В.А., Салманов Н.Р. Анализ эффективности систем естественного и термоэлектрического охлаждения тепловыделяющих элементов РЭА. РИО ДГУ. Махачкала, 1990.

60.Исмаилов Т.А. Методика выбора полупроводниковых термоэлектрических интенсификаторов теплопередачи для охлаждения и отвода тепла от узлов РЭА. Информ. Листок № 37-91, серия Р.47.13.21.-33 е./ Даг.ЦНТИ,

61.Исмаилов Т.А., Сулин А.Б. Теплопередача через радиатор ограниченной площади при локальном тепловом воздействии. Секция прикладных проблем при Президиуме Российской АН. сб. Трудов. М., 1991.

62.Исмаилов Т.А., Цветков Ю.Н. Теоретические исследования термоэлектрических полупроводниковых батарей, используемых для измерения психометрической разности температур.// Изв. Вузов.-Приборостроение. 1982. т. 25. №3.

63.Каганов М.А., Привин М.Р., Об определении оптимальных параметров термоэлетрических устройств для охлаждения потоков жидкости // Сб. Трудов по агрономической физике. 1968. №3. с. 153-162.

64.Каганов М.А., Привин М.Р. Оптимизация параметров термоэлектрических охлаждающих устройств с учетом теплоотдачи на спаях // Изв. Вузов. Энергетика. 1967. № 3. с. 78-85.

65.Каганов М.А., Привин М.Р. Термоэлектрические тепловые насосы. Л.: Энергия, 1970. 176с.

66.Каратыгин С., Тихонов А., Долголаптев В. Базы данных: Том 1 и 2. М.: ABF, 1995. 412с.

67.Классификация и кластер/Под ред. Райзина . М.: Мир, 1980.

68.Коваленко Г.Л., Каретникова Е.И., Манюхин А.И. Применение подсистемы АСОНИКА-Т в процессе проектирования источников вторичного электропитания супер-ЭВМ с жидкостным охлаждением // ИФЖ. 1986. т.51. № 5. с. 765-769.

69.Котов В.Е. Сети Петри. М.: Наука, 1984.

70.Кружков Е. В., Засыпкин С.В., Дмитриева Л.А. Методика анализа и обеспечения тепловых характеристик РЭС в стационарном и нестационарных режимах с применением подсистемы АСОНИКА-Т. // сб. Российской НТК "Системный анализ и принятие решений в задачах обеспечения качества и надежности изделий приборостроения и радиоэлектроники". Махачкала ДПТИ. 1991. с. 27.

71.Кузнецов О.П., Адельсон-Вельский Г.М. Дискретная математика для инженера. М.: Энергоатомиздат, 1988. -480с.

72.Кулон Ж.-Л., Сабонадьер Ж.-К. САПР в электронике . М.: Мир, 1988. 208с.

73.Курылев Е.С. О режимах полупроводниковых охлаждающих устройств.// Холод. Техника. 1963. т.2. с.7-10.

74.Курылев Е.С. Условия работы полупроводниковых охлаждающих усторойств. // Холод. Техника. 1960. № 5. с. 22-26.

- 19275. Лиза Ганн. Пакет программ теплового расчета схемных плат с

визуализацией температурных градиентов. //Электроника. 1990. №3.

76.Лисицин А., Лисицин М. Моделирование тепловых полей в электронике.//"Компьютер пресс". 1993. № 8.

77.Лорьер Ж.-Л. Системы искусственного интеллекта. М.: Мир, 1991. 568с.

78.Маклауд Д. Новая методология проектирования требует создания более эффективных средств САПР //"Электроника". 1990. №3.

79.Малышев Н.Г., Берштейн Л.С., Боженюк A.B. Нечеткие модели для экспертных систем в САПР. М.: Энергоатомиздат, 1991.136 с.

80.Матвеев А. От С к С++. Записки хакера //"Компьютер пресс". 1991. №9.

81.Меркухин E.H., Семисошенко В.Н., Дадашев О.Х., Шишова И.В. Подсистема автоматизированного расчета тепловых режимов микроблоков РЭА./ сб. Российской НТК "Системный анализ и принятие решений в задачах обеспечения качества и надежности изделий приборостроения и радиоэлектроники". Махачкала ДПТИ. 1991. с. 27.

82.Микроэлектроника: Уч. пособие для втузов. /Под. ред. Коледова Л.А.

83.Минский. Фреймы для представления знаний. М.: Мир, 1979.

84.Наер В.А. Влияние контактных электрических и тепловых сопротивлений на характеристики полупроводниковых батарей. //ХТТ. 1965. № 1. с. 9-15.

85.Наер В.А., Семенюк В.А. Влияние пульсаций тока на характеристики полупроводниковых термоэлектрических охлаждающих устройств.// Изв. Вузов. Энергетика. 1963. №6. с. 31-37.

86.Нейбауэр А. Моя первая программа на С/С++ . Перев. С англ. Спб. Питер, 1995. 368с.

87.Нейлор К. Как построить свою экспертную систему: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат. 1991. 286с.

88.Новосельцев С. Мультимедиа-синтез трех стихий //"Компьютер пресс". 1997. №7. №9.

89.Носков Ю. Практика построения экспертных систем средствами оболочки VPX // "Монитор". 1993. №1.

90.0мельченко А.Е. Методика подбора аналогов проектируемых изделий МЭА посредством удаленных запросов в базы данных и знаний //Махачкала ДГУ. 1996.

91 .Омельченко А.Е. Моделирование принятия решений при интерактивном теплофизическом проектировании МЭА //Сб. Научн. Трудов. Махачкала ДТУ. 1996.

92.Орлов B.C., Серебряный Г.Л. Метод расчета термоэлектрических холодильников в режиме минимальной потребляемой мощности, в кн. : Термоэлектрическое охлаждение. М. : 1973. с. 38-48.

93 .Перечень программных средств автоматизации моделирования, расчета и анализа тепловых режимов РЭА. //Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО. 1991. вып. 4.

94.Перспективы развития вычислительной техники: в 11 кн. Справ. Пособие /Под ред. Ю.М. Смирнова. Кн. 1. Интеллектуализация ЭВМ. М.: В. шк., 1989. 159с.

95.Перспективы развития вычислительной техники: в 11кн. Справ. Пособие. /Под ред. Ю.М. Смирнова. Кн. 2. Информационные семантические системы. Соломатин Н.М. М.: В.шк., 1989. 159с.

96.Разработка автоматизированных методов конструкторско-технологической подготовки производства РИА // Отчет о НИР. № 0188006390.

97.Разработка термоэлектрического охлаждающего устройства с системой термостабилизации //Отчет о НИР 870083077, сб. НИОКР, 1988, сер. 19

98.Ржаницина Л.М., Языков В.Н., Цветков Ю.Н. Применение термоэлектрических батарей в тепловой схеме для регулирования влажности воздуха.//Тр. Арханг. Лесотехн. Инс-та. 1973. № 39. Вопросы теплообмена и аэродинамики в пром. Теплотехнике, с. 42-47.

99.Роткоп Л.А., Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА. М.: "Сов. Радио", 1976. 232с.

100.Серия статей об искусственном интеллекте // " Компьютер пресс". 1991. №9.

101.Семенюк В. А. О влиянии пульсаций тока на характеристики термобатарей полупроводниковых холодильников.// Тр. ОТИЛХП. вып. 12. с. 161 -166.

102.Системы автоматизированного проектирования. / Под. ред. Дж. Аллана. М: Наука, 1985.

ЮЗ.Скуратовский Н.О. Исследование режимов термоэлектрических устройств, питаемых выпрямленным током.: Автореф. Дисс. К.т.н. М.,1971.31с.

104.Солдатенков Д. Трехмерная графика //"Монитор". 1993. №1.

105.Справочник по классам Borland С++ 4.0 Киев.: Диалектика, 1994.256с. Юб.Таунсенд К., Фохт Д. Проектирование и программная реализация

экспертных систем на персональных ЭВМ. Пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1990. 320с.

107.Теоретические основы теплотехники. Справочник. /Под общ. редакцией В.А. Григорьева, В.М. Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1988. 560с.

108.Том Сван Программирование для Windows в Borland С++. Пер. с англ. М.: Бином., 1995.480с.

109.Уотермен Д. Руководство по экспертным системам. М.: Мир, 1989. ПО.Фойц С. Windows 3.1 для пользователя: Пер. с нем. К.: Торгово-

издательское бюро BHV, 1993. 617с. Ш.Хорафас Д., Легг С., Конструкторские базы данных. Пер. с англ. М.:

Машиностроение, 1990. 224с. 112.Цветков Ю.Н. Определение холодопроизводительности и холодильного коэффициента термоэлектрических устройств с промежуточным контуром.// Изв. Вузов. Энергетика. 1975. с. 118-122. ПЗ.Цветков Ю.Н. Определение холодопроизводительности термоэлектрических устройств с кольцевыми термоэлементами.// Изв. Вузов. Приборостроение. 1973. т. 16. № 9. с. 109-114.

114.Цветков Ю.Н., Ржаницина JI.M. Нагрузочные характеристики влажностной термоэлектробатареи при фиксированных значениях параметров сред. //Изв. Вузов. Приборостроение. 1973. т. 16. №9. с. 109.

115.Цветков Ю.Н., Шмелев Н.Г. Контроль качества коммутации термобатарей с применением жидких кристаллов. В кн.: Холодильные машины и устройства: Сб. Научных трудов JL, 1976. с. 158-162.

Пб.Чери С., Готлоб Г., Танка Л. Логическое программирование и базы данных: Пер. с англ. Мир, 1992. 352с.

И7.Чичварин Н.В. Экспертные компоненты САПР.М.: Машиностроение, 1991.240с.

118.Чмырь И.А., Попов П.С. Сценарий диалога и его структурные элементы //Вопросы радиоэлектроники Сер. ТРТО. 1991. Вып. 3. с. 74-85.

119.Чмырь И.А., Ус М.Ф., Интеррогативные способы взаимодействия с информационной базой // Вопросы радиоэлектроники Сер. ТРТО. 1991. Вып. 3.

120.Шалютин С.М. Искусственный интелект: Гносеологический аспект. М.: Мысль, 1985. 199с.

121.Экспертные системы. М.: Знание, 1990 //сер. "Вычислительная техника и ее применение". №10.

122.Электронная почта в системе MS-DOS. Официальное руководство компании РЕЛКОМ /Под. ред. Галунова А.Б. Спб. "Александр ПРИНТ'', 1995.

123.Энкарначчо Ж., Шлехтендаль Э. Автоматизированное проектирование. Основные понятия и архитектура систем: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 288с.

124.Эндрю А. Искусственный интеллект: Пер. с англ./Под ред.Поспелова Д.А.М.: Мир, 1985. 264с.

125.Calhoum, Thermal design for military electronics // Printed curcuit design, № 12, 1987.

126.Camurati, etc. ESTA: An Expert System for DFT Rule Verification //IEEE Transaction on computer-aided design, vol 7, №11, 1988.

127.Gordon N.Elison. The PCB thermal analisis problem. Printed circuit design, October, 1987.

128.Hugo J., Bolsens I., DIALOG: An Expert Debbugging System for MOSVLSI Design //IEEE TRANSACTION on CAD, № 3, July 1985.

129.1dnurm M., Landecker K. Experiments with peltier junctions pulsed with high transient currents. -J. Appl. Phys. 1963, 34, № 6,p. 1806-1810.

130.Liza Gunn. Design-automation tools tackle projects in parallel //Electronics Design, №2, 1990, c.9.

131.Michael Pecht and B.T. Sawyer. PCB design for thermal reliability, Printed Circuit design, May 1987.

132.V.Lifshitz, Frames in the Space of Situations, //Artificial Intelligence, 1990,№46.Elsevier Science Publishers B.V. (North-Holland)

133.Sherman R.Object-Oriented Programming in AI. //IEEE EXPERT, 1990, №6.