Тепловые макромодели конструкций бортовых электронных средств для САПР инженерного анализа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат наук Саратовский, Николай Владимирович

• Саратовский, Николай Владимирович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Саратовский, Николай Владимирович

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Анализ состояния вопроса и постановка задачи исследования

1.2 Анализ методов теплового моделирования конструкций ЭС

1.3 Современные средства автоматизации анализа тепловых режимов ЭС

1.4 Постановка задачи исследования

Глава 2 Разработка тепловых макромоделей конструкций РЭС с фиксированными источниками тепла

2.1 Методика теплового макромоделирования электронных модулей нулевого и первого уровней с фиксированным расположением источников тепла

2.2 Тепловые макромодели ЭМО

2.2.1 Каналы отвода тепловой нагрузки от конструкций ЭМО

2.2.2 Разработка тепловых макромоделей ЭМО

2.2.3 Анализ точности и адекватности ТММ ЭМО

2.3 Тепловых макромоделиЭМ1

2.3.1 Каналы отвода тепловой нагрузки от конструкций ЭМ1 с фиксированным расположением источников тепла

2.3.2 Разработка тепловых макромоделей ФЯ с кондуктивным теплоотводом через мезонин

2.3.3 Тепловая макромодель ФЯ с кондуктивным теплоотводом через основание и мезонин

2.3.4 Анализ точности и адекватности ТММ ЭМ1

Глава 3 Разработка тепловых макромоделей конструкций РЭС с произвольным расположением источника тепла

3.1 Определение параметров влияющих на теплопередачу в конструкциях с произвольным расположением источников тепла

3.2 Методика разработки тепловых макромоделей моделей теплонагруженных ФЯ с произвольным расположением источников

3.3 Разработка тепловых макромоделей теплонагруженных ФЯ с произвольным

расположением источников тепла

Глава 4 Апробация результатов

4.1 Адаптация реальных конструкций БЭС

4.2 Описание экспериментальной установки

4.3 Оценка точности разработанных методик и ТММ блоков БЭС

4.3.1 Оценка точности ТММ на примере модуля передатчика

4.3.2 Оценка точности ТММ на примере изделия Ц501 Ф2

4.3.3 Оценка точности ТММ на примере изделия Ц181 Ф2

4.4 Обобщенные показатели эффективности разработанных методик

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ

Приложение А - Зависимость температуры на поверхности корпуса МС от ее

местоположения на ПП 6Uc различными типами СКО

Приложение Б - Определение разницы температур на стороне размещения МС и

на противоположной стороне

Приложение В - Линии распространения тепловых токов в зависимости от

размещения источника тепла на плате

Приложении Г - Тепловая проводимость Ml 111 с металлическим основанием в

зависимости от размещения ЭРЭ на ней

Приложение Д - Тепловая схема макромодели ФЯ первого типа

Приложение Е - Тепловая схема ФЯ второго типа

Приложение Ж - Тепловая схема конструкций ФЯ с СКО третьего типа

Приложение И - Матрица плана В9

Приложение К - Матрица плана В 9 для ФЯ с СКО 1 типа

Приложение Л - Аналитические выражения для определения величины перегрева

на поверхности корпуса МС, с погрешностью определения 10% и 5 %

Приложение М - Погрешность между аналитическим выражением и

экспериментальным

3

Приложение Н - Места установки термодатчиков

Приложение П - Результаты теплового моделирования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Тепловые макромодели конструкций бортовых электронных средств для САПР инженерного анализа»

Введение

Развитие современных бортовых электронных средств (БЭС) характеризуется следующими тенденциями:

- рост степени интеграции элементной базы БЭС. За период с 2005 по 2013гг. количество транзисторов в цифровых микропроцессорах увеличилось с 100 млн. до 2600 млн. [1]. Это обуславливает увеличение мощности, рассеиваемой микросхемами.

- рост быстродействия цифровых микросхем, таких как микропроцессоры, память и др., привел к повышению рассеиваемой ими мощности. Так, за период с 2006 по 2013гг. быстродействие микропроцессоров возросло в 5 раз, а рассеиваемая мощность увеличилась в 4,8 раза [2, 3,4].

- увеличение доли цифровых устройств в составе бортовых радиолокационных станций. Анализ бортовых радиолокационных станций (БРЛС), показал, что за период с 1995 по 2013гг. доля цифровых устройств в их составе возросла с 20% до 50% [5].

600000

500000

^ 400000

I 300000 £

§ 200000

100000 о

г

Рисунок 1 - Объем, занимаемый современными БРЛС

Эти тенденции положительным образом сказались на массогабаритных характеристиках конструкций БЭС. Сравним объем, занимаемый вертолетными многоцелевыми бортовыми радиолокационными станциями (МБРЛС), следующих современных станций: "Арбалет", "Копье-А", МБРЛС и многоцелевая радиолокационная целевая нагрузка (МРЛЦН) [6, 7, 8]. Из рисунка 1 видно, что за пе-

•-МЫ 1ЛС "Арбалет »

——-

«чрлс "Копье-А"

МБРЛС ►МРЛЦН

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

Год

риод с 1995 по 2013гг. объем, занимаемый вертолетными МБРЛС, сократился почти в 20 раз.

Вместе с тем, снижение массогабаритных характеристик современных БЭС привело к повышению объемной плотности теплового потока. Так, за период с 1995 по 2013 гг. значение объемной плотности теплового потока для вертолетных МБРЛС увеличилось в 4 раза, рисунок 2 [6, 7, 8]. Аналогичная тенденция прослеживается и для авиационных МБРЛС. Например, увеличение объемной плотности привело к усложнению систем охлаждения МБРЛС. Так в БРЛС для летательных аппаратов (ЛА) пятого поколения системы охлаждения занимают 20% объема станции.

0,025 0.020 0.015

и

е о.ою

0,005 0,000

2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

Год

Рисунок 2 - Объемная плотность теплового потока современных МБРЛС Рассмотренные тенденции развития современных БЭС обуславливают актуальность задач инженерного анализа их тепловых режимов.

В настоящее время, для решения задач анализа тепловых режимов БЭС, используется широкий спектр САПР инженерного анализа, в том числе АЫ8У8, ЕЬСиТ, САТ1А, 8оПс1\¥огк8 и др. В основе большинства решателей, современных САПР, лежит представление тепловой модели системой дифференциальных уравнений, решаемой с помощью метода конечных элементов (МКЭ) или метода конечных объёмов (МКО).

Особенностью конструкций современных БЭС является то, что они имеют разнородность конструкционных материалов, большой разброс линейных размеров и многообразие форм БЭС, что обуславливает резкий рост числа конечных

МБРЛС

МРЛЦН

---"Г^ЛС "Копье -А"

МБР НС "Арбалет'

элементов (КЭ), что в свою очередь приводит к снижению эффективности САПР при решении задач анализа тепловых режимов БЭС.

В настоящее время существует два основных направления повышения эффективности САПР:

х

- динамическое управление сеткой КЭ;

- тепловое макромоделирование.

Динамическое управление сеткой КЭ широко описано в литературе, посвященной МКЭ (работы Чернявского А.О., Шимановского А.О., Путято А.В.), диссертации и статьи Репнева Д.Н. и др. В последние годы этот метод в ограниченном виде вводится в САПР инженерного анализа, например, в САПР SolidWorks Flow Simulation.

Методы теплового макромоделирования рассмотрены в работах Дульнева Г.Н., Варламова Р.Г и др. В работах Дульнева Г.Н. изложены теоретические основы и методы макромоделирования, для регулярных конструкций радиоэлектронных средств (РЭС) с источниками тепла, равномерно распределенными в объеме конструкции. Современные конструкции отличаются большим разбросом значений рассеиваемой мощности источников тепла, что ограничивает область применения тепловых макромоделей (ТММ) конструкций с регулярной структурой. В диссертации Полушкина А.В. получена ТММ для герметичного блока и одного типа функциональной ячейки (ФЯ) с одним направлением распространения теплового потока и фиксированным расположением одного источника тепла, что ограничивает область применение этих результатов. Кроме того, эти методы не адаптированы к САПР инженерного анализа. В диссертации Шалумовой Н.А. были получены ТММ только для базовых несущих конструкций электронных модулей второго уровня (ЭМ2) и не рассмотрены ТММ электронных модулей нулевого (ЭМО) и первого уровней (ЭМ1).

Анализ современного состояния САПР анализа тепловых режимов конструкций БЭС показывает, что задача повышения их эффективности путём разработки тепловых макромоделей является актуальной.

К самым распространённым конструкциям ЭМО и ЭМ1 можно отнести:

7

- БИС и СБИС, выполненные в корпусах BGA, PGA, QFP, SOT, SOP;

а) ЭМО к корпусах типа BGA - один из самых распространенных типов корпусирования микросхем [9]. Доля микропроцессоров компаний INTEL и AMD, выполненных в Koonvcax BGA, составляет 90%

[Ю];

б) ЭМО в корпусах типа QFP, SOT и SOT - способы корпусирования, применяемые, преимущественно, при количестве внешних выводов менее 256 [9, 11];

в) ЭМО в корпусах типа PGA - на данный момент в мировой электронике наблюдается спад интереса к данным типам корпусов [10], однако, на рынке отечественных микросхем с большим числом выводов PGA составляют подавляющее большинство. Так, например, процессор типа 1890 в корпусе PGA составляет 70% отечественного рынка процессоров.

- Несущие конструкции ЭМ1, выполненные по стандарту IEEE 1101.2, VITA 30.1 и VITA 20, с повышенным уровнем рассеиваемой мощности с различными системами кондуктивного охлаждения (СКО). ЭМ1, выполненные по данным стандартам, на рынке встраиваемых компьютерных технологий в области оборонных и аэрокосмических применений составляет 70% мирового рынка [12].

Исходя из вышеописанного, данные типы ЭМО и ЭМ1 стали объектом исследования в диссертационной работе.

Кроме того, требование обеспечения высокой эффективности САПР анализа тепловых режимов конструкций БЭС на системном этапе проектирования приводит к необходимости постановки задачи анализа тепловых режимов ЭМ1, в условиях отсутствия решения задачи компоновки, что приводит к необходимости решения задачи анализа теплового режима для произвольного расположения источников тепла на печатной плате.

Целью диссертационной работы является - повышение эффективности

САПР инженерного анализа теплового режима конструкций БЭС на различных

этапах проектирования путем разработки тепловых макромоделей ЭМО и ЭМ1,

8

обеспечивающих существенное сокращение времени анализа теплового режима конструкций БЭС при заданной точности.

Для достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать метод теплового макромоделирования конструкций ЭМО и ЭМ1 с фиксированным расположением источников тепла, обеспечивающий возможность формирования макромоделей ЭМО и несущих конструкций ЭМ1;

2. Разработать тепловые макромодели ЭМО и несущих конструкций ЭМ1 с фиксированными источниками тепла, позволяющие существенно сократить время инженерного анализа средствами САПР конструкций ЭМО и ЭМ1 с фиксированным расположением источников тепла;

3. Провести экспериментальные исследования адекватности и точности, разработанных ТММ ЭМО и ЭМ1, позволяющие связать время и точность анализа теплового режима конструкций ЭМО и ЭМ1;

4. Разработать метод теплового макромоделирования ЭМ1 с произвольным расположением источников тепла, обеспечивающий получение ТММ ЭМ1 с учетом их местоположения на печатной плате (1111);

5. Разработать ТММ конструкций ЭМ1 с произвольным расположением источников тепла, обеспечивающие существенное сокращение времени анализа теплового режима конструкций ЭМ1 с произвольным расположением источников тепла.

6. Исследовать адекватность и точность ТММ ЭМ1 с произвольным расположением источников тепла, позволяющие связать время и точность расчета теплового режима конструкций ЭМО и ЭМ1 на системном этапе проектирования;

7. Разработать метод адаптации реальных конструкций БЭС к задаче анализа их теплового режима, позволяющий упростить исходную модель, используемую в САПР инженерного анализа теплового режима, и сократить время анализа теплового режима средствами САПР.

Областью исследований диссертационной работы является разработка тепловых макромоделей, алгоритмов и методов анализа проектных решений анализа БЭС.

При проведении исследований использовались основы теории тепломассообмена в РЭС, теория метода конечных элементов, теория оптимизации, теория планирования экспериментов, теория математической статистики и методы статистической обработки результатов эксперимента.

Научной новизной обладают следующие результаты, полученные в диссертации:

1. Метод ТММ конструкций ЭМ1 с произвольным расположением источников тепла, отличающийся от известных возможностью оценки теплового сопротивления и перегрева ЭМО и ЭМ1 в зависимости от местоположения источников тепла на 1111;

2. Тепловая макромодель несущей конструкции ЭМ1, отличающаяся от известных возможностью оценки теплового сопротивления и перегрева элементов конструкции в зависимости от местоположения источников тепла на 1111, а так же адаптацией этих моделей к САПР;

3. Тепловые макромодели ЭМО, отличающиеся от известных возможностью корректировки точности и времени анализа теплового режима конструкций ЭС;

4. Тепловые макромодели несущих конструкций ЭМ1 с различными СКО, отличающиеся от известных возможностью учета теплоотводящего мезонина, те-плоотводящей рамки и комбинации теплоотводящего основания и мезонина, а так же возможностью корректировки точности и времени анализа теплового режима конструкций БЭС.

Практической ценностью обладают:

1. ТММ ЭМО и ЭМ1 с фиксированными источниками тепла; ФЯ с произвольным расположением источников тепла, позволяющие производить расчет конструкций РЭС в САПР при ограниченных аппаратных ресурсах, а также сни-

зить трудоемкость использования САПР и затраты машинного времени при расчете показателей теплового режима БЭС.

2. Алгоритм перехода от полного факторного эксперимент (ПФЭ) к дробному факторному эксперименту (ДФЭ) средствами САПР SolidWorks Simulation, позволяющий сократить объем вычислений при сохранении точности решения. Разработанный алгоритм может использоваться для решения задач механической и электрической прочности средствами САПР SolidWorks.

Результаты работы были использованы на предприятии ОАО "Корпорация "Фазотрон-НИИР":

- при анализе теплового режима изделия Ц501 Ф2;

- при разработке системы охлаждения изделий Ц181 Ф2 и Ц501 Ф2, входящих в состав БРЛС FHA;

- при анализе теплового режима модуля передатчика.

Что подтверждено соответствующим актом использования результатов работы.

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждается: путем корректного использования основ теории тепло-массообмена в РЭС, теории метода конечных элементов, теории оптимизации, теории планирования экспериментов, теории математической статистики и методов статистической обработки результатов эксперимента, апробацией результатов исследований на научно-практических конференциях и результатом экспериментальных исследований с помощью САПР SolidWorks и физических экспериментов.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Тепловые макромодели ЭМО, адаптированные к САПР и позволяющие вычислять тепловое сопротивление и коэффициент теплопроводности корпусов типа: PGA, BGA, QFP, SOP, SOT;

2. Тепловые макромодели несущих конструкций унифицированных ЭМ1 с СКО, выполненных в соответствии со стандартом IEEE 1101.2, VITA 30.1 и VITA 20, позволяющие вычислять тепловое сопротивление и коэффициенты теплопроводности несущих конструкций ЭМ1 с СКО;

11

3. Метод теплового макромоделирования ЭМ1 с произвольным расположением источников тепла, позволяющий формировать тепловые макромодели, содержащие до 10 источников тепла с учетом их произвольного расположения на печатной плате;

4. Тепловые макромодели ЭМ1 с произвольным расположением источников тепла, позволяющие вычислить величину перегрева и тепловое сопротивление между тепловым стоком и источником тепла, с учетом наведенного перегрева от соседних источников тепла, с учетом их произвольного расположения на 1111.

Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях:

- Международной конференции "Авиация и космонавтика 2011", Москва, МАИ, 2011 г;

- Международной молодежной конференции "XIX Туполевские чтения", Казань, 24-26 мая 2011 г;

- Научно-практической конференции студентов и молодых ученых МАИ "Инновации в авиации и космонавтике - 2011", Москва, МАИ, 2011 г;

- Научно-практической конференции студентов и молодых ученых МАИ "Инновации в авиации и космонавтике - 2012", Москва, МАИ, 2012г;

- Научно-практической конференции студентов и молодых ученых МАИ "Инновации в авиации и космонавтике - 2013", Москва, МАИ, 2013г.

Результаты диссертационной работы отражены в 10 научных работах, в том числе 3 статьи в периодических печатных изданиях входящих в перечень ВАК, тезисах 7 докладов на научно-технических конференциях.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы. Диссертация изложена на 142 листах основного текста, содержит 55 рисунков и 17 таблиц к основному тексту, список литературы из 98 наименований и 36 страниц приложений.

В первой главе выявлены конструктивные особенности ЭМ0, ЭМ1 и ЭМ2 современных БЭС. Показано снижение эффективности применения САПР инженерного анализа, вызванное конструктивными особенностями современных БЭС.

12

Показано снижение эффективности применения современных САПР инженерного анализа, обусловленное ростом числа КЭ и потребностью проведения анализа теплового режима конструкций ЭС на системном этапе проектирования. Сформу-ЛИрСВмНЫ цель и задачи исследования диссертационной работы, обеспечивающие повышение эффективности САПР инженерного анализа.

Во второй главе решены следующие задачи: разработан метод теплового макромоделирования конструкций ЭМО и ЭМ1 с фиксированным расположением источников тепла, обеспечивающий возможность формирования макромоделей ЭМО и несущих конструкций ЭМ1; разработаны тепловые макромодели ЭМО и несущих конструкций ЭМ1 с фиксированными источниками тепла, позволяющие существенно сократить время инженерного анализа средствами САПР конструкций ЭМО и ЭМ1 с фиксированными источниками тепла; получено представление ТММ ЭМО и ТММ1 для использования в САПР 8оНс1\Уогк8, позволяющее существенно сократить машинное время при анализе теплового режима конструкций РЭС; экспериментальные исследования адекватности и точности, разработанных ТММ ЭМО и ЭМ1, позволяющие связать время и точность расчета теплового режима конструкций ЭМО и ЭМ1.

В третьей главе решены следующие задачи: разработан метод теплового макромоделирования ЭМ1 с произвольным расположением источников тепла, обеспечивающий получение ТММ ЭМ1 с учетом их местоположения на 1111; разработаны тепловые макромодели конструкций ЭМ1 с произвольным расположением источников тепла, обеспечивающие существенное сокращение времени анализа теплового режима конструкций ЭМ1 с произвольным расположением источников тепла на ранних этапах проектирования; исследована адекватность и точность ТММ ЭМ1 с произвольным расположением источников тепла, позволяющая связать время и точность расчета теплового режима конструкций ЭМО и ЭМ1.

В четвертой главе были решены следующие задачи: разработана последовательность преобразования моделей ЭМ для сокращения размерности задачи; выполнены экспериментальные исследования, в результате которых сопоставле-

13

ны значения температур в контрольных точках блоков БРЛС в САПР 8оНсГ\¥огк8, с применением ТММ ЭМО и ЭМ1, с результатами физических экспериментов.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в ходе

выполнения диссертационной работы.

Глава 1 Анализ состояния вопроса и постановка задачи исследования

\. \ Особенности конструкций электронных средств Конструкция современной РЭА представляет собой некоторую иерархию модулей. В соответствии с ГОСТ Р 52003-2003 выделяют четыре основных уровня модульности. Иерархия модулей и их входимость приведена на рисунке 3.

эмо

ЭМ1

ЭМ2

эмз

Рисунок 3 - Конструктивная иерархия и входимость модулей

Для каждого уровня иерархии можно выделить свои конструктивные элементы и формы, присущие данному уровню. Рассмотрим более подробно конструкции ЭМО, ЭМ1 и второго уровня (ЭМ2).

Тактико-технические, конструктивно-технологические, эксплуатационные и экономические характеристики БЭС определяют применяемые в них ЭМО, выполняющие функции преобразования, хранения, обработки, передачи и приема информации.

Проанализируем конструкцию современных ЭМО на примере микропроцессора «Эльбрус-2С+» и ПЛИС У^ех-б.

«Эльбрус-2С+» - первый гибридный высокопроизводительный микропроцессор фирмы МЦСТ [13]. Он содержит 2 ядра архитектуры Эльбрус и 4 ядра

15

цифровых сигнальных процессоров (DSP) фирмы Элвис. Основная сфера применения процессора «Эльбрус-2С+» - системы цифровой обработки сигнала, такие как радары, анализаторы изображений и т.п. Конструкция микропроцессора «Эльбрус-2С+» приведена на рисунке 4.

Теплопроводящая

Рисунок 4 - Конструкция микропроцессора «Эльбрус-2С+» \П11ех-6 — семейство кристаллов высокопроизводительной логики, изготовленное по технологии 40нм [14]. По сравнению с предыдущим поколением (\^11ех-5) ПЛИС шестого семейства обладают большей производительностью. Конструкция ПЛИС У^ех-б приведена на рисунке 5 [15].

Золотая Кристалл

проволока

Крышка

Сигнальный проводник

Сигнальный проводник

Медная фольга

Многослойная Шариковый — Шаг 0,8мм

подложка вывод (0,3 мм)

Рисунок 5 - Конструкция ПЛИС У^ех-б Проанализируем ЭМО, показанные на рисунке 4 и 5:

- разброс геометрических размеров достигает двух порядков (размер корпуса ЭМО «Эльбрус-2С+» составляет 37,5мм х 37,5мм, у ПЛИС У1г1ех-6 (45мм х 45мм), в то время как размер внешнего вывода 0,5мм в обоих случаях).

- корпуса ЭМО выполнены из различных материалов с различной теплопроводностью;

- в конструкции ЭМО присутствуют криволинейные поверхности - шариковые вывопьт. имеющие сЬопму шапа:

г 5 l i«/ i

- количество внешних выводов более 1000.

Так же показательным является исследование проведенное компанией Intel [16], из которого следует, что поле температур ЭМО является неоднородным и разброс температур в пределах кристалла процессора может достигать 60°С.

К формообразующим элементам конструкций ЭМО можно отнести следующие элементы:

- чип;

- внешние выводы;

- корпус.

Рассмотрим основные элементы конструкций ЭМ1, выполненных в соответствии со стандартом IEEE 1101.2, VITA 20, VITA 30.1 и VITA 48. На рисунке 6 изображены элементы СКО современных теплонагруженных ЭМ1.

1 - Мезонин; 2 - Рамка; 3 - Печатная плата; 4 - Клиновые зажимы Рисунок 6 - Элементы СКО

Современные многослойные печатные платы (Ml ИI) являются не только базовой несущей конструкцией, но и важным элементом системы охлаждения ЭМ1. Для увеличения теплопроводности МПП в ее топологию вводят дополнительные теплоотводящие слои, либо увеличивают толщину слоён питания и земли (как сделано, например, в материнских платах персональных компьютеров фирмы «Gigabyte» [17]). Помимо медных слоёв для увеличения теплопроводности используют теплопроводные ламинаты (фольгированные и нефольгированные диэлектрики, служащие основанием МПП) и препреги (изоляционная прокладка, склеивающая слои МПП), теплопроводность которых в несколько раз превышает теплопроводность базовых материалов для изготовления МПП. Для уменьшения теплового сопротивления от источника тепла до теплоотводящего слоя и от теп-лоотводящего слоя к теплоприемнику, в плате под корпусом ЭМО (рисунок 7, а) и в зоне теплового стока выполняются металлизированные отверстия (рисунок 7, б) [18]. Причем, сопротивление их тем меньше, чем больше диаметр металлизированных отверстий, чем толще слой гальванической меди и чем больше число отверстий.

а) б)

а - область под ЭРЭ; б - область тепловых стоков Рисунок 7 - Тепловые переходные отверстия Широкое распространение получили МПП, выполненные на металлическом теплоотводящем основании. С их помощью удается значительно снизить тепловое сопротивление МПП. Недостатком плат на металлическом основании является невозможность использования элементов объемного монтажа в отверстия

и односторонний монтаж ЭРЭ. В производстве МПП с металлическим основанием существует несколько основных материалов основания [19]: алюминиевые сплавы АД (1100), АМг2,5 (5052), АДЗЗ (6061-Т6), медь, сталь, нержавеющая сталь.

Под мезонином будем понимать элемент конструкции СКО, предназначенный для отвода к направляющим блока теплового потока с ЭМО. Имеет форму пластины, устанавливаемой на рамку. Контакт с ЭМО осуществляется посредством упругой теплопроводящей диэлектрической прокладки как показано на рисунке 8. В случае большого числа тепловыделяющих ЭМО, вся плата покрывается единым теплопроводным диэлектриком. [18] Если ЭМ1 содержат несколько источников тепла различного типоразмера, то в таких случаях могут применять систему точечного охлаждения — мезонин выполняется с учетом расположения

1 - мезонин; 2 - теплопроводящий диэлектрик; 3 - ЭРЭ; 4 - печатная плата Рисунок 8 - Тепловой контакт ЭРЭ с мезонином посредством теплопроводящего

Рамка служит теплоотводящим элементом СКО. Для повышения устойчивости МПП к внешним механическим воздействиям может иметь дополнительные ребра жесткости.

Часто мезонин и рамку выполняют одной деталью, что уменьшает тепловое сопротивление от ЭМО до тепловых стоков.

ЭМО. [18]

диэлектрика

Клиновые зажимы обеспечивают надежную фиксацию ЭМ1 в направляющих корпуса блока, отвечая высоким требованиям к ударо - и вибропрочности конечного изделия. Конструкция клинового зажима представлена на рисунке 9.

1 5 4 5 1

1 - стягивающий винт; 2 - пружинная шайба; 3 - шайба; 4 - передний клин;

5 - промежуточный клин; 6 - выравнивающая пружина;

7 — установочные отверстия Рисунок 9 - Конструкция клинового зажима Wedge-Lok серии 44-5 Установка ЭМ1 в блок с помощью клиновых зажимов представлена на рисунке 10. Расстояние между направляющими блока и шаг между ними - величины, определенные стандартом IEEE 1101.2. С учетом их значений, а также толщины МПП, комплексно подбираются толщины мезонина, планок и серия клиновых зажимов. При таком способе установки ЭМ1 в блок через клиновый зажим от ЭМ1 отводится 40% [20] теплового потока, оставшиеся 60% передаются от ФЯ к блоку через металлическое основание.

Рисунок 10 - Установка ФЯ в блок

Рассмотрим конструкцию реального и современного ЭМ1 на примере МВЗБ/С-К (рисунке 11) - высокопроизводительного вычислительного модуля на базе системы на кристалле с архитектурой "Эльбрус-2С+" в конструктиве "Евро-механика-би" с СКО.

Рисунок 11 - ФЯ МВ38\С-К

Проанализировав конструкцию ЭМ1, приведенного на рисунке 11, и описания конструктивов ФЯ с СКО, были выделены следующие особенности несущих конструкций ЭМ1 для БЭС:

- разброс геометрических размеров достигает трех порядков (размер ФЯ МВ38/С-К 195x233,4x19,6 мм [21], а размер минимального элемента, шарикового выводаЭМО «Эльбрус-2С+», равен 0,5мм [13]);

- несущие конструкции теплонапряженных ЭМ1 выполнены из различных материалов с различной теплопроводностью;

- в конструкции ЭМО присутствуют криволинейные поверхности - шариковые выводы, имеющие форму шара, фаски и скругления у рамки и клинового зажима;

- расположение ЭРЭ является нерегулярным;

- ФЯ MB3S\C-K является теплонапряженной (максимальная мощность рассеивания 70Вт [21]);

- ФЯ с СКО, отвод тепла осуществляется на теплопроводящее металлизированное основание ПП;

- в пределах одного ЭМ1 присутствует существенный разброс мощностей (для активных ЭМО один, два порядка): ЭМО «Эльбрус-2С+» - 25 Вт [13]; КПИ - 6 Вт [22]; ОЗУ - 1 Вт.

Для ЭМ1 проанализируем значения перегрева от местоположения МС на печатной плате. Для этого был проведен эксперимент в САПР SolidWorks Simulation. На ПП 6U был расположен ЭМО «Эльбрус-2С+» с рассеиваемой мощностью 8 Вт [13] Для получения графика зависимости максимальной температуры на поверхности ЭМО от местоположения на 1111 изменялось положение ЭМО по осям X и Y на ПП с шагом 5мм. Результаты расчета приведены в приложении А.

Из графиков можно сделать следующие выводы:

- местоположение ЭМО на 1111 оказывает существенное влияние на температурное поле ЭМ1. Разница между наилучшим и наихудшим случаем, в пределах одного ЭМ1, может достигать 54°С;

- использование различных СКО позволяет существенно снизить значение максимальной температуры на поверхности корпуса ЭМО. В эксперименте разница между наилучшим и наихудшим вариантом составила 91°С.

Рассмотрим конструкцию ЭМ2, выполненного в соответствии со стандартом Vita 48 - рисунке 12.

1 - передняя панель блока с внешними разъемами; 2 - ЭМ1 с СКО; 3 - Коммутационная плата; 4 - радиаторные накладки блока; 5 - корпус блока;

6 - монтажная планка.

Рисунок 12 - Общий вид блока с СКО

Анализ стандартов IEEE 1101.2, VITA 20, VITA 30.1 и VITA 46 позволил выделить следующие особенности конструкций ЭМ2:

- разброс геометрических размеров составляет два, три порядка (габариты блока 426x262x128,7мм [23], а наименьшим размером конструкции является шариковый вывод - 0,5мм);

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Саратовский, Николай Владимирович, 2013 год

Список источников

¡.История развития процессоров. URL: http://www.electrosad.ru/Processor/ ProcTech3.htm. (дата обращения: 21.01.2013).

2. Тестирование производительности процессоров. URL: http://www.nix.ru/ hardware-review/cpu-benchmark-performance.html (дата обращения: 21.03.2013).

3. Intel Celeron Процессор 430. URL: http://ark.intel.com/products/29735/ Intel-Celeron-Processor-430-512K-Cache-l_80-GHz-800-MHz-FSB. (Дата обращения: 21.01.2013).

4. Intel Itanium Процессор 9560. URL: http://ark.intel.com/products/71699/ Intel-Itanium-Processor-9560-32M-Cache-2_53-GHz. (Дата обращения: 21.01.2013).

5. Репнева, А.И. Автоматизация системного этапа проектирования цифровых устройств обработки сигналов: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.12/ Репнева Анастасия Игоревна. - М., 2012. - 140 с.

6. БРЛС "Арбалет". URL: http://www.airbase.ru/alpha/rus/a/arbalet/. (Дата обращения: 21.01.2013).

7. Радиолокационный мониторинг. URL: http://www.pandia.ru/text/77/ 451/4990-20.php. (Дата обращения: 21.01.2013).

8. Канащенков А.И. Интелект для беспилотника // Авиапанорама.-2012.-

№4.

9. Медведев А.; Электронные компоненты и монтажные подложки. Постоянная интеграция. URL: http://www.kit-e.ru/articles/elcomp/2006_12_124.php. (Дата обращения: 21.01.2013).

10. AMD says goodbye to their VISION branding. URL: http://semiaccurate.com/2012/12/28/amd-says-goodbye-to-their-vision-branding/. (Дата обращения:02.02.2013).

11. Технологические тенденции развития электронных компонентов и сборки модулей на печатных платах. URL: http://www.pcb.spb.ru/ tehnol_raznoe.html. (Дата обращения:02.02.2013).

12. ВКТ для спецприменений: тенденции, технологии и продукты. URL: http://www.rtsoft.ru/press/articles/detail.php?ID=1465. (Дата обращения:02.02.2013).

13. Система на кристалле «Эльбрус-2С+». URL: http://www.mcst.ru/ elbrus 2с 111101 .shtml. СЛата обпатиения:02.02.2013\

_ __чг! 1' — — /

14. Virtex-6 Family Overview. URL: http://www.xilinx.com/support/ documentation/data_sheets/ds 150.pdf. (Дата обращения:02.02.2013).

15. Анализ характеристик FPGA Xilinx семейств Virtex-6 и Spartan6. URL: http://kit-e.ru/articles/plis/2009_12_10.php. (Дата обращения:02.02.2013).

16. «Горячие точки» процессора. URL: http://n-t.ru/tp/ts/gt.htm. (Дата обращения:03.02.2013).

17. GIGABYTE - Ultra Durable 3 Motherboards. URL: http://www.gigabyte.ru/ global/ru/pages/mb_080924_ud3/data/tech_080924_ud3_ultra-cool.htm. (Дата обращения:03.02.2013).

18. Реут А. Обеспечивающие технологии электроники: охлаждение встроенных систем // Современная Электроника | Журнал для специалистов. 2010, №4. Систем, требования: Adobe Acrobat. URL: http://soel.ru/cms/f77/432545.pdf. (Дата обращения: 10.02.2013).

19. Максимов А. Обзор материалов для производства печатных плат на металлическом основании с повышенным теплоотводом. Систем, требования: PowerPoint. URL: http://www.rezonit.ru/news/Metal_Base.ppt. (Дата обращения: 10.02.2013).

20. Гарсия В. Бортовые вычислительные комплексы с кондуктивным теплоотводом: пример конструктивной реализации на основе спецификации VPX REDI. URL: http://issuu.com/cta-mag/docs/20131034. (Дата обращения:10.02.2013).

21. Российские микропроцессорные технологии // Рекламный проспект, сост. МЦСТ.

22. Микросхема контроллера переферийных интерфейсов. МЦСТ Эльбрус Российские микропроцессоры и вычислительные комплексы. URL: http://www.mcst.ru/kpi. (Дата обращения: 10.02.2013).

23. ANSI/VITA 1-1994. American National Standard for VME64. Введ. 10.04.1995.

24. Патанкар С. В. Численное решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах = Computation of conduction and Duct Flow Heat Transfer: Пер. с англ. — M.: Издательство МЭИ, 2003. — 312 с

25. Беляев Я. М., Рядно A.A. Методы теории теплопроводности. - Т. 1,2. -М., 1982.

26. Шелохвостов В.П., Чернышов В.Н. Проектирование интегральных микросхем: учеб. пособие. - 2-е изд., стер. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. - 208 с.

27. Бруяка В.А. Инженерный анализ в ANSYS Workbench: Учеб. пособ. / В.А. Бруяка, В.А. Фокин, Е.А. Солдусова, H.A. Глазунова, И.Е. Адеянов. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2010.-271 е.: ил.

28. Артыкпаев Е.Т. О некоторых задачах теории теплопроводности // ИФЖ. 1964. Т. 7. № 10. С. 80 - 84.

29. Деч Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа и Z - преобразования. М.: Физматгиз, 1958. - 286 с.

30. Иоссель Ю.А., Павловский P.A. Эффективные приближённые решения двух смешанных задач стационарной теплопроводности при условии конвективного теплообмена // ИФЖ. 1970. Т. 19. № 4. С. 729 - 736.

31. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твёрдых тел. М.: Высшая школа, 2001. 550 с.

32. Карташов Э.М. Аналитические методы решения краевых задач теплопроводности с разнородными граничными условиями на линиях. (Обзор. Часть 1) // Изв. АН СССР. Сер. Энергетика и транспорт. 1986. № 5. С. 125 - 149.

33. Карташов Э.М. Аналитические методы решения смешанных граничных задач теории теплопроводности. (Обзор. Часть II). // Изв. АН СССР. Сер. Энергетика и транспорт. 1986. № 6. С. 116 - 129.

34. Лыков A.B. Теория теплопроводности. - М.: Высшая школа, 1967.-600 с.

35. Полушкин, A.B. Влияние конструктивных параметров системы кондук-тивного охлаждения на температурный режим радиоэлектронной аппаратуры в герметичном корпусе: дис. ... канд. техн. наук: 01.04.14/ Полушкин Андрей Витальевич. - СПб., 2007. - 129 с.

36. Что такое ELCUT. URL: http://elcut.ru/feat_r.htm. (Дата обращения: 17.02.2013).

37. Саратовский Н.В., Репнёв Д.Н., Филатова А.И., «Нелинейная дискретизация сетки конечных элементов как метод снижения размерности тепловой модели» // «Информационно-измерительные и управляющие системы», №12, т.9, 2011 г., стр. 142-145.

38. Дульнев Г. Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре: Учебник для вузов по спец. «Конструир. и произ. радио-аппаратуры». - М.: Высш. шк., 1984. - 247 е., ил.

39. Саратовский Н.В., Репнёв Д.Н., Ушкар М.Н., «Библиотека тепловых макромоделей БИС и СБИС» // «Наукоемкие технологии», №1, т.13, 2012 г., стр. 15-26.

40. Описание микросхемы памяти CY7C1370D-200BZI. URL: http://download.cypress.com.edgesuite.net/design_resources/datasheets/contents/cy7cl3 72d_8.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

41. Ball Grid Array (BGA) Packaging Intel. URL: http://www.intel.com/ /Assets/PDF/pkginfo/ch_l4.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

42. Virtex-4 FPGA Packaging and Pinout Specification. URL: http://www.xilinx.com/ support/documentation/user_guides/ug075 .pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

43. Описание микросхемы TMS320C6455 Fixed-Point Digital Signal Processor. URL: http://www.gaw.ru/pdf/TI/micros/tms320/TMS320C6455.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

44. Описание микросхемы АЦП ICL7107CM44Z. URL: http://lib.chipdip.ru/ /151 /DOCOOO151699.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

45. Описание микросхемы АЦП ADuC812BS. URL: http://lib.chipdip.ru/ /144/DOCOOO 144028.PDF. (Дата обращения: 19.02.2013).

46. Описание микросхемы памяти EEPROM ATmega2560/2561. URL: http://lib.chipdip.ru/205/DOC000205027.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

47. Описание микросхемы АЦП ADS5463IPFP. URL: http://ictuonglai.com/ PDFs/New_Products/TI/Data_Converters/ads5463.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

48. Описание микросхемы сигнального процессора ADSP-2181KS-160. URL: http://lib.chipdip.ru/144/DOC000144022.PDF. (Дата обращения: 19.02.2013).

49. Описание микросхемы сигнального процессора ADSP-2191MKST-160. URL: http://lib.chipdip.ru/254/DOC000254570.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

50. QUAD FLAT L-LEADED PACKAGE 160 PIN PLASTIC. URL: http://www.gaw.ru/pdf/epk/fl60pm03.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

51. QUAD FLAT L-LEADED PACKAGE 208 PIN PLASTIC. URL: http://www.gaw.ru/pdf/epk/f208pm01.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

52. QUAD L-LEADED PACKAGE 256 PIN CERAMIC. URL: http://www.gaw.ru/pdf/epk/f256cc01.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

53. Описание микросхемы ШИН-контролера LM3478MM. URL: http://lib.chipdip.ru/293/DOC000293986.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

54. Описание микросхемы интерфейса RS-232 МАХ3221/3223/208. URL: http://lib.chipdip.ru/235/DOC000235510.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

55. Описание микросхемы SRAM UT61256CJC-12. URL: http://lib.chipdip.ru/ /260/D0c000260340.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

56. Описание микросхемы памяти FLASH. URL: http://lib.chipdip.ru/ /204/D0c000204480.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

57. Описание микросхемы памяти FLASH M29W160ET70N6E. URL: http://lib.chipdip.ru/292/DOC000292168.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

58. Описание микросхемы биполярного транзистора ВС807-16. .URL: http://lib.chipdip.ru/159/DOC000159552.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

59. Описание микросхемы DC-DC преобразователя LM3674. URL: http://www.gaw.ru/pdf/NS/dc-dc/LM3674.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

138

60. Описание микросхемы биполярного транзистора ВСР53-16. URL: http://lib.chipdip.ru/205/DOC000205158.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

61. Диод Шоттки SCS372F. URL: http://www.secosgmbh.com/ /datasheet/ products/Small_Signal/SOT-323/SCS372F.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

62. Диод Шоттки BAT54TW. URL: http://www.secosgmbh.com/ /datasheet /products/Small_Signal/SOT-363/BAT54TD W_Series.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

63. Описание микросхемы биполярного транзистора BU2515DX. URL: http://lib.chipdip.ru/250/DOC000250244.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

64. Описание микросхемы тиристора ВТ138Х-600Е. URL: http://lib.chipdip.ru/205/DOC000205243.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

65. Описание микросхемы биполярный транзистор 2SC3357. URL: http://lib.chipdip.ru/225/DOC000225166.pdf. (Дата обращения: 19.02.2013).

66. Корпуса типа PGA (тип 6 по ГОСТ 17467-88). URL: http://zppl2.ru/ catalog/pga.html?ml=5&mlt=system&tmpl=component. (Дата обращения: 19.02.2013).

67. Physical Constants of 1С Package Materials: Databook, Ch. 5. URL: http://www.intel.com/content/www/us/en/processors/packaging-chapter-05-databook.html. (Дата обращения: 19.02.2013).

68. Саратовский H.B., Апухтин М.С., Репнев Д.Н., «Разработка тепловых макромоделей функциональных ячеек»// «Информационно-измерительные и управляющие системы», №10, т.10, 2012 г., стр. 55-61.

69. Конструирование радиоэлектронных средств / В.Ф. Борисов, О.П. Лавренов, A.C. Назаров, А.Н. Чекмарев / Под ред. A.C. Назарова. - М.: Изд-во МАИ, 1996. - 380 е.: ил.

70. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике: Учебник для авиационных специальностей ВУЗов / В. С. Авдуевский, Б. М. Галицейский, Г. А. Глебов и др.; Под общ. ред. В. С. Авдуевского, В. К. Кошкина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 528 е.: ил.

71.РЕЗОНИТ - Применяемые технологии. URL: http://www.rezonit.ru/ support/technology/metal/index.php. (Дата обращения: 26.02.2013).

72. Thermally Conductive Laminates Arlon: Thermal Management Guide. URL: http://www.arlon-med.com/ArlonThermalMgmtGuide.pdf. (Дата обращения: 26.02.2013).

73. Birtcher Products: Birtcher Catalog. URL: http://www.birtcherproducts.com/ default.asp?section=8&page=lit. (Дата обращения: 27.02.2013).

74. Дульнев Г. Н., Семяшкин Э. М. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. - JL: Энергия, 1968. - 360 е., ил.

75. Дульнев Г. Н., Тарновский Н. Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры. Учебное пособие для студентов высших технических заведений. - JL: Энергия, 1971. -248 е., ил.

76. Chris. A. Ciufo. Survey says: VPX is the new VME // VME and Critical Systems, August 2010. URL: http://www.vmecritical.com/articles/id/74810. (Дата обращения: 01.03.2013).

77. IEEE 1101.2-1992. Mechanical Core Specification for Conduction Cooled Eurocards. Введ. 1993.012.20 г.

78. Бортовые цифровые вычислительные машины. ОАО «Раменское Приборостроительное Конструкторское Бюро». URL: http://www.rpkb.ru/ index.php_page_id=l 6.html. (Дата обращения: 01.03.2013).

79. Многофункциональный бортовой вычислительный комплекс ЕА-102. ФГУП НИИ АРГОН. URL: http://www.argon.ru/7q-node/! 7. (Дата обращения: 01.03.2013).

80. Базовые средства вычислительной техники «Багет» - Концерн «Моринформсистема-Агат». URL: http://www.concern-agat.ru/products/defense-products/ 81-concern-agat/188-base-comp. (Дата обращения: 01.03.2013).

81. ОАО "Научно-технический центр ЭЛИНС. Спец. ЭВМ.". URL: http://www.aha.ru/~olvsisu/spcl251.htm. (Дата обращения: 01.03.2013).

82. Gap Pad Comparison Table. URL: http://www.bergquistcompany.com/ thermal_materials/graph_pdfs//GPComparison_Web_Table.pdf. (Дата обращения : 10.03.2013).

83. VME - VME Computer Products From Kontron, the Leader in VME Computer & VMEbus Technology. URL: http://uk.kontron.com/technologies/vme/ . (Дата обращения: 10.03.2013).

84. PowerNode5 - 6U VME PowerPC Processor Boards. URL: http://uk.kontron.com/products/boards+and+mezzanines/6u+vme/processor/6u+powerp c/powernode5.html. (Дата обращения: 10.03.2013).

85. Блауберг И.В., Садовский В.Н., Юдин Э.Г. Системный подход в современной науке. Проблемы методологии системных исследований. М.: Мысль, 1970. 48 с.

86. Садовский В.Н. Системный подход и общая теория систем: статус, основные проблемы и перспективы развития. М.: Наука, 1980. 280 с.

87. ЕСКД Стадии разработки : ГОСТ 2.103-68. Введ. 01.01.1971. М., 2002. 4 с.

88. Антипов В.Н., Меркулов В.И., Самарин О.Ф., Чернов B.C.; Основные направления развития авиационных бортовых PJIC; «Успехи современной радиоэлектроники». - 2009. - №10.

89. Процессор Intel Itanium - Спецификации. URL: http://ark.intel.com/ru/ products/43410/Intel-Itanium-Processor-9350-24M-Cache- l_73-GHz-4_80-GTs-Intel-QPI. (Дата обращения: 10.03.2013).

90. Процессорные модули на базе Эльбрус-2С+ | Российские микропроцессорные технологии . Рекламный буклет ЗАО МЦСТ..

91. Taxa, Хемди А. Введение в исследование операций, 7-е издание.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2005. - 912 е.: ил.

92. Рейзлин В.И. Численные методы оптимизации: учебное пособие/ В.И. Рейзлин; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011 - 105 с.

93. Технология РЭС и ЭВС: Учебное пособие к лабораторным работам / В.Ф. Борисов, М.А. Сахаров, J1.M. Федотов и др.: Под ред. доцента, канд. техн. наук JI.M. Федотова. - М.: Изд-во МАИ, 2006. - 92 м.: ил.

94. Основы планирования эксперимента. Математическая обработка экспериментальных данных. URL: http://www.bru.mogilev.by/students/material/ researches/glaval 6.htm. (Дата обращения: 02.04.2013).

95. Спецификация формата CSV. URL: http://mastpoint. curzonnassau.com/csv-1203/. (Дата обращения: 02.04.2013).

96. Преимущества STATISTICA. URL: http://www.statsoft.ru/products/. (Дата обращения: 02.04.2013).

97. Халафян A.A. STATISTICA 6. Статистический анализ данных. 3-е изд. Учебник - М.: ООО "Бином-Пресс", 2007. - 512 с.

98. Руководство по эксплуатации и инструкция по монтажу. 3.9026.171 РЭ.

Список иллюстраций

Рисунок 1 - Объем, занимаемый современными БРЛС...............................................5

Рисунок 2 - Объемная плотность теплового потока современных МБРЛС..............6

Рисунок 3 - Конструктивная иерархия и входимость модулей.................................15

Рисунок 4 - Конструкция микропроцессора «Эльбрус-2С+»....................................16

Рисунок 5 - Конструкция ПЛИС Virtex-6....................................................................16

Рисунок 6 - Элементы СКО..........................................................................................17

Рисунок 7 - Тепловые переходные отверстия............................................................18

Рисунок 8 - Тепловой контакт ЭРЭ с мезонином посредством теплопроводящего

диэлектрика....................................................................................................................19

Рисунок 9 - Конструкция клинового зажима Wedge-Lok серии 44-5......................20

Рисунок 10 - Установка ФЯ в блок..............................................................................20

Рисунок 11 - ФЯ MB3S\C-K..........................................................................................21

Рисунок 12 - Общий вид блока с СКО.........................................................................23

Рисунок 13 - Пример разбиения на сетку КЭ в МКЭ.................................................28

Рисунок 14 - Разбиение на сетку КЭ в МКО...............................................................30

Рисунок 15 - Разбиение на сетку КЭ в САПР Solid Works Flow Simulation.............35

Рисунок 16 - Влияние количества деталей на число КЭ...........................................36

Рисунок 17 - Влияние числа КЭ на время теплового анализа в САПР SolidWorks37 Рисунок 18 - Алгоритм разработки ТММ с фиксированным расположением

источника тепла.............................................................................................................43

Рисунок 19 - Структура BGA корпуса.........................................................................47

Рисунок 20 - Структура QFP корпуса..........................................................................48

Рисунок 21 - Структура SOP корпуса..........................................................................49

Рисунок 22 - Структура QFP корпуса без термоотвода.............................................49

Рисунок 23 - Структура CPGA(a) и OPGA (б) корпусов...........................................51

Рисунок 24 - Расположение осей координат в ЭМ0...................................................52

Рисунок 25 - Тепловая схема BGA корпуса................................................................54

Рисунок 26 - Макромодель BGA корпуса...................................................................55

143

Рисунок 27 - Тепловая схема QFP корпуса.................................................................56

Рисунок 28 - Макромодель QFP корпуса....................................................................58

Рисунок 29- Тепловая схема SOP корпуса..................................................................60

Рисунок 30 - Макромодель SOP корпуса....................................................................62

Рисунок 31 - Тепловая схема SOP корпуса.................................................................63

Рисунок 32 - Макромодель SOT корпуса....................................................................64

Рисунок 33 - Тепловая схема PGA корпуса................................................................65

Рисунок 34 - Макромодель PGA корпуса....................................................................67

Рисунок 35 - Толщины и расположение слоев Ml 111: а - стек Ml 111 ФЯ 1-го и 3-го

типов; б - стек Ml 111 ФЯ 2-го типа..............................................................................74

Рисунок 36 — Тепловые стоки поверхностей МПП....................................................76

Рисунок 37 - Тепловая схема МПП с теплопроводящей рамкой.............................77

Рисунок 38 - Преобразованная тепловая схема МПП с теплоотводящей рамкой .81

Рисунок 39......................................................................................................................81

Рисунок 40 - Графическая интерпретация расчетных соотношений.......................86

Рисунок 41 — Тепловые контакты элементов конструкции в области теплостока на

направляющие ФЯ 2-го типа........................................................................................91

Рисунок 42 -Алгоритм методики анализа перегрева ФЯ с произвольным

расположением источника тепла.................................................................................99

Рисунок 43 - Исходный файл *.CSV..........................................................................103

Рисунок 44 - Преобразованный файл *.CSV.............................................................104

Рисунок 45 - Порядок преобразования плана ПФЭ в ДФЭ в приложении

"Исследование проектирования" САПР SolidWorks Simulation.............................106

Рисунок 46 - Блок-схема алгоритма приведения подробной модели ЭМ к

упрощенной..................................................................................................................116

Рисунок 47 - Структурная схема стенда измерения................................................118

Рисунок 48 - Модуль передатчика.............................................................................120

Рисунок 49 - Результаты теплового моделирования в САПР Solid Works............122

Рисунок 50 - Изделие Ц501 Ф2...................................................................................123

Рисунок 51 - Компоновка изделия Ц181 Ф2.............................................................126

144

Рисунок 52 - Совместная компоновка изделий Ц181 Ф2 и Ц501 Ф2.....................128

Рисунок 53 - Изменение количества КЭ от уровня детализации модели..............129

Рисунок 54 - Влияние детализации модели на время разбиения на сетку КЭ......129

Рисунок 55 - Сравнение экспериментальных и расчетных значений....................130

«/ 1 А Л-