Алгоритм оптимизации размещения элементов печатного узла с учетом тепловых режимов работы устройства

Задача оптимального размещения электрорадиоэлементов на монтажной плоскости печатного узла является одной из ключевых в вопросах обеспечения надежности и качества разрабатываемых электронных устройств. При ее решении специалисту приходится работать в пространстве противоречивых показателей, условий и ограничений. Для обеспечения нормальных тепловых режимов, например, необходимо учитывать значения рассеиваемой элементами мощности, их рабочие температуры, принимать во внимание тот факт, что компоненты различаются массогабаритными параметрами и характеристиками материалов. Подобные задачи необходимо решать и при обеспечении механической прочности разрабатываемого узла, и решении вопросов электромагнитной совместимости. Учитывать эти аспекты необходимо уже на ранних стадиях проектирования, поскольку они напрямую влияют на эксплуатационные характеристики готового изделия. В статье представлен алгоритм решения оптимизационной задачи размещения элементов на печатном узле с учетом температурных значений элементов и рассеиваемых ими мощностей, позволяющий улучшить тепловые режимы работы устройства без использования дополнительных конструктивных решений и средств принудительного охлаждения. Инструментом для разработки алгоритма послужили специализированные системы автоматизированного проектирования, включающие средства инженерного анализа и расчетов, а также высокоуровневый язык программирования С#. Материалы статьи представляют практическую ценность для разработчиков радиоэлектронных устройств, решающих задачи обеспечения их надежности и эксплуатационных характеристик на всех стадиях жизненного цикла изделия.

1. Меркухин Е.Н. Априорный критерий оценки эффективности оптимизации теплового режима путем рационального размещения электронных элементов. Современные наукоемкие технологии. 2018;10:77–81. Доступно по: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=37198 (дата обращения: 06.01.2020).

2. Кольтюков Н.А. Проектирование несущих конструкций радиоэлектронных средств: учебное пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та; 2009. 84 с.

3. Меркухин Е.Н. Использование графовых моделей пространства допустимых решений в задаче размещения электронных элементов. Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2009; 52(5):56–61.

4. Алямовский А.А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. М.: ДМК-Пресс; 2010. 464 с.

5. Lombard M. SolidWorks 2013 Bible. Indianapolis. John Wiley & Sons Inc.; 2013. 1299 p.

6. Горячев Н.В. Подсистема расчета средств охлаждения радиоэлементов в интегрированной среде проектирования электроники. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2010;4:24–29.

7. Горячев Н.В., Кочегаров И.И., Гришко А.К. Выбор оптимального варианта построения электронных средств. Вестник Пензенского государственного университета. 2015;2(10):153–159.

8. Меркухин Е.Н. Синтез тепловой модели на основе принципа суперпозиции температурных полей для платы микроблока электронной аппаратуры. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016;10(4):534–538. Доступно по ссылке: https://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=10384 (дата обращения: 08.01.2020).

9. Каленкович. Н.И. Радиоэлектронная аппаратура и основы её конструкторского проектирования: учебно-методическое пособие для студентов спец. «Моделирование и компьютерное проектирование» и «Проектирование и производство РЭС». Минск: БГУИР; 2008. 200 с.

10. Lyshov S.M., Ivanov I.A., Uvaysov S.U., Chernoverskaya V.V. Vibration control of electronic means technical condition based on analysis of resonant frequencies. International Seminar on Electron Devices Design and Production (SED). 2019;1. Доступно по: https://ieeexplore.ieee.org/document/8798407 DOI:10.1109/SED.2019.8798407 (дата обращения: 06.01.2020).