СИСТЕМЫ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

Современные подходы к проектированию электронных средств включают в себя моделирование теплофизических процессов, происходящих в разрабатываемой аппаратуре. При этом распространенной задачей в теплофизическом моделировании выступает задача определения температурного поля несущей конструкции электронного средства (платы, подложки). Знание количественных показателей температурного поля несущей конструкции напрямую влияет на прогнозирование надежности всего электронного средства. Несущие конструкции электронных средств всё чаще выполняются в виде многослойных конструкций, где могут присутствовать проводящие, изолирующие и полупроводниковые слои. Указанные особенности предъявляют новые требования к разработке математических моделей, алгоритмов, пакетов прикладных программ для вычисления температурных полей несущих конструкций электронных средств.  В статье рассмотрен процесс моделирования температурного поля для несущих конструкций электронных средств с помощью распространенных программных комплексов MathCAD и SolidWorks. Всё многообразие несущих конструкций электронных средств поделено на три категории: условно одномерные, условно двумерные и трехмерные. Показано, что температурные поля условно одномерных (стержни) и условно двумерных (однослойные платы и подложки) конструкций целесообразно вычислять методом конечных разностей в программном комплексе MathCAD. Температурные поля трехмерных несущих конструкций, в том числе, сложной геометрической конфигурации, целесообразно вычислять методом конечных элементов в программном комплексе SolidWorks. Разработанные алгоритмы расчета температурных полей проверены посредством решения тестовой задачи. Сравнительный анализ показал, что расхождение результатов расчетов относительно тестовой задачи не превышает 0,8 %. Разработанные алгоритмы расчета температурного поля могут быть практически полезны в инженерной деятельности разработчика электронной аппаратуры. 

1. Селютин В.А. Машинное конструирование электронных устройств. – М.: Советское радио, 1977. – 384 с.

2. Дульнев Г.Н., Семяшкин Э.М. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. – Л.: Энергия, 1968. – 360 с.

3. Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов А.В. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена: учебное пособие для теплофизических и теплоэнергетических специальностей вузов. – М.: Высшая школа, 1990. – 207 с.

4. Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи: пер с англ. – М.: Мир, 1983. – 512 с.

5. Берковский Б.М., Ноготов Е.Ф. Разностные методы исследования задач теплообмена. – Минск: Наука и техника, 1976. – 144 с.

6. Самарский А.А. Теория разностных схем. – М.: Наука, 1989. – 616 с.

7. Овчинников С.В., Ляшенко А.В. Обобщенная модель для аналитического расчета температурных полей и тепловых сопротивлений элементов твердотельной радиоэлектроники // Гетеромагнитная микроэлектроника. – 2012. – № 12. – С. 11–18.

8. Кандалов П.И., Мадера А.Г. Моделирование температурных полей в многослойных структурах // Программные продукты и системы. – 2008. – № 4. – С. 46–49.

9. Иванцивский В.В. Численное моделирование температурных полей в материалах при упрочнении с использованием концентрированных объемных источников нагрева // Научный вестник НГТУ. – 2004. – № 2 (17). – С. 161–172.

10. Присекин В.Л., Расторгуев Г.И., Белоусов А.И. Анализ температурных полей и напряжений в элементах конструкций при воздействии периодических тепловых потоков // Научный вестник НГТУ. – 2001. – № 2 (11). – С. 133–142.

11 Базилевич Р.П. Декомпозиционные и топологические методы автоматизированного конструирования электронных устройств. – Львов: Вища школа, 1981. – 168 с.

12. Штейн М.Е., Штейн Б.Е. Методы машинного проектирования цифровой аппаратуры. – М.: Советское радио, 1973. – 296 с.

13. Морозов К.К., Одиноков В.Г. Использование ЭЦВМ при конструировании некоторых узлов радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Советское радио, 1972. – 104 с.

14. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. – М.: Мир, 1979. – 393 с.

15. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. – Л.: Энергия, 1976. – 352 с.