автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка моделей и программных средств оптимизации тепловых режимов МСБ

Г)Г£ ПП

. ! и (/¿1 ■ Ла правах рукописи

Лптюмкатороя .Александр Борисович

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И ПРОГРАШШХ СРЕДСТВ

оптимизации гашмк РЕзкаоз мсв

Специальность 05.13.18 - Систем» автоматизации

проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени ¡кандидата технических наук

Воронеж-1996

Работа, выполнена на кафедре "Системы автоматизированного проектирования и информационные системы" Воронежского государственного технического университета.

• Научный руководитель: доктор технических наук, /

Официальные оппоненты: доктор технических наук Шишкин В.М.

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт связи

Защита диссертация состоится " 7 " февраля 1997 г. в 14 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 063.81.02 при Воронежском государственном техническом университете по адресу: 394026 г. Воронеж, Московский проспект, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан зо СЛи&^рО^ 1996 г.

Муратов Л.В.

кандидат технических наук ЗиОров А. к.

(г. Воронеж)

Львович Я.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Современная радиоэлектронная аппаратура характеризуется расширением и усложнением функциональных задач при одновременном уменьшении массы и габаритов, повышении надежности. Однако, увеличение степени интеграции, плотности упаковки, удельных мощностей рассеивания микроэлектронных устройств (МЭУ) ограничивается их тепловыми режимами, которые необходимо учитывать при проектировании. Отсутствие объективных данных о тепловых режимах часто приводит к необоснованно высоким запасам по току, напряжению, мощности и так далее. что влечет за собой увеличение массы и габаритов. Устранение даже незначительных ошибок в схеме, конструкции, общей компоновке, следствием которых могут быть недопустимые локальные перегревы и температурные влияния влекут за собой большие дополнительные затраты на переработку всей конструкции в целом. Поэтому для достижения требуемого уровня функционирования необходимо применять системный подход к процессу теплового проектирования МС®.

Исследования показывают, что одним из возможных путей решения этой задачи являются разработка и внедрение прогрессивных методов автоматизации теплового проектирования МС® на основе моделирования и принятия оптимальных проектных решений современными средствами автоматизированного проектирования (САПР).

Тепловое проектирование МСБ занимает особое место в системе в САПР и охватывает обширный комплекс мероприятий исследовательского, конструкторского и технологического плана, а также усовершенствование принципов проектирования с учетом развития методов теплового анализа и исследования процессов теплообмена. Решение этих задач ориентировано на использование средств САПР как инструмента, с помощью которого принимаются и анализируются проектные решения, описывающие геплофизические процессы в МСБ.

Важное место в этом процессе занимает разработка автоматизированных средств обеспечения воспроизводимости характеристик МСБ на всех этапах проектирования в виде специализированного программного обеспечения , а также возможности ее функционирования и эксплуатации.

Наметилась тенденция комплексного подхода, предполагающего рассмотрение в единой связи задач моделирования, прогнозирования.

анализа и экспериментального исследования температурных полей и 41 влияний с учетом зависимости их от электрических характеристик, теплофизических особенностей конструкции, технологических характеристик и внешних условий. Такой подход в итоге предполагает принятие оптимальных технических решений по критерию теплоэлект-рической совместимости элементов, компонентов и функциональных параметров МСБ.

Актуальность темы диссертационной работы заключается в необходимости разработки алгоритмов и методов теплофизического проектирования с целью обеспечения и оптимизации тепловых режимов разрабатываемых микросборок и реализации на их основе предлагаемых алгоритмов программных средств процесса теплофизического проектирования МСБ.

Работа выполнена в соответствии с комплексной программой ГКНТ и АН СССР 0.80.02 (задание 35.01.08), межвузовской целевой программой САПР Минвуза РСФСР КНП - 2000 "Повышение качества и надежности продукции, программного обеспечения ЭВМ и технических средств обучения", основным научным направлением ВГТУ "Исследование и разработка САПР, роботов и ГА1Г.

Целью работы является разработка моделей, методов и алгоритмов оптимизации тепловых характеристик конструкций микросборок и создание на их основе программных средств автоматизированного теплофизического проектирования МСБ б составе САПР МЭУ.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

создание структуры средств оптимизации тепловых режимов на этапе конструкторско - топологического проектирования, основанной на анализе температурных характеристик, эксплуатационных воздействий и этапов проектирования и производства современных микросборок;

анализ и разработка математических моделей для расчета параметров систем охлаждения и оптимального размещения элементов и компонентов на подложке, отличающихся высокой точностью и позволяющих реализовать итерактивный режим работы;

разработка алгоритмов автоматизированного выбора оптимальной системы охлаждения и процедур размещения элементов и компонентов микросборки по тепловым критериям;

создание программного и информационного обеспечения автоматизированного комплекса оптимального теллофизического проектирования МСВ.

Методы, исследования основывается на теории теплопроводности, математической физики, вычислительной математики, математического программирования и оптимизации, объектно-ориентированного программирования .

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен набор выполняемых функций, состав и взаимосвязь проектных процедур обеспечения тепловых режимов путем оптимизации тепловых характеристик на различных этапах конструкторского проектирования МСВ.

2. Разработаны модели, методы и алгоритмы выбора способа охлаждения, позволяющие обеспечить нормальный тепловой режим и отличающиеся учетом характера процессов теплообмена в данных устройствах, удельной тепловой нагрузки, особенностей их конструкции, а также направленностью на решение задач конструктивно -теплового синтеза по определению оптимальных параметров системы охлавдения (вид движения и расход теплоносителя, радиаторы, теп-лоотводящие иины, размеры и материалы теплоотводящих элементов).

3. Созданы модели и алгоритмы оптимизации температурных полей микроплаты путем размещения топологических элементов на подложке с учетом температурных ограничений, отличающиеся малыми временными затратами и использованием для определения теплового взаимовлияния коэффициентов чувствительности температурного поля тепловых источников на подложке к изменению расстояния между ними.

4. Предложены структура и алгоритм функционирования автоматизированного комплекса обеспечения тепловых режимов микросборок, отличающиеся ориентацией на выбор способов охлаждения на ранних этапах и конструктивно - тепловой синтез, обеспечивающие заданный или оптимальный тепловой режим s процессе конструирования МСБ.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

применение разработанных математических моделей и алгоритмов выбора способа охлаждения и параметрического синтеза теплоотводящих устройств оптимизации тепловых режимов позволяет сократить время проектирования разрабатываемых микросборок, удовлетворяющих современным требованиям;

применение предложенных в работе методов и алгоритмов обес- 41 печения нормального теплового режима позволяет улучшить эксплуатационные и повысить надежностные характеристики разрабатываемых микросборок за счет исключения локальных перегревов элементов и компонентов и снижения общего температурного поля изделий;

созданы программные средства, позволяющие осуществить выбор и расчет системы охлаждения, оптимизации температурного поля на подложке по тепловым критериям в подсистеме теплофизического проектирования САПР МЗУ.

Разработанные программные средства внедрены в промышленности, что позволило сократить время разработки и улучшить надежностные характеристики проектируемых изделий. Суммарный экономический эффект составил 332,460 тыс. руб. (в ценах 1990-1992 гг)

Также данные программные средства применяются в учебном процессе на радиотехническом факультете ВГТУ.

Апробация работа. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, симпозиумах, совещаниях и семинарах: Всесоюзном совещании-семинаре " Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини- и микроэвм" (Воронеж, 1989); девятом Всесоюзном симпозиуме "Э£)фективность, качество и надежность систем "Человек - техника" (Воронеж, 1990) ; Российской научно-технической конференции " Методы оценки и повышения надежности РЗС" (Пенза, 1991); Всесоюзной школе-семинаре " Разработка и эксплуатация САПР в радиоэлектронике" (Челябинск, 1991); Всесоюзном совещании-семинаре "Интерактивное проектирование технических устройств и автоматизированных систем на персональных ЭВМ" (Воронеж, 1991), Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 1996).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 125 страницах машинописного текста и содержит 18 рисунков, список литературы, включающий 72 наименования и 7 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТИ

ПЕРВАЯ ГЛАВА посвящена анализу развития конструкций микросборок на основе которого выявлены основные особенности проектирования и их разработки.

Слолшая задача, возникающая при разработке современных микросборок, особенно многокристальных модулей, заключается в отыскании и соединении материалов с нужными сочетаниями электрических, механических и тепловых свойств.

Таким образом, процесс конструкторского проектирования современных МСБ можно охарактеризовать следующими особенностями:

большей размерностью решаемых задач, требующей широкого применения принципа декомпозиции, приводящего к решению подкомплекса задач компоновки, размещения элементов, трассировки соединений, анализа и корректировки полученной топологии;

недопустимость» деффсктов проектирования, так как данный тип конструкций является, как правило, неремонтопригодным изделием;

необходимостью автоматизированного анализа и верификации результатов всех этапов разработки.

Поэтому в процессе разработки и сборки МСБ необходимо иметь средства, позволяющие проводить комплексный анализ и оптимизацию приборов с учетом взаимосвязи решений, принимаемых на различных этапах и относящихся к различным аспектам.

Такие средства должны составлять специальную подсистему теп-лофнзического проектирования модулей, входящую в состав комплексной САПР микроэлектронных устройств.

Таким образом, целью теплофизического проектирования (ТФП) является выбор таких проектных решений, которые с учетом конструктивно - технологических ограничений позволяют обеспечить оптимальные пространственно - временные характеристики температурного поля модуля.

При этом должны решаться следующие задачи: оценка реализуемости схемы б данном конструктиве (например,в корпусе МСБ) и выбор необходимого способа охлаждения;

синтез конструкции и определение параметров требуемых тепло-отводящих устройств (радиаторов, теплоотводящих шин и.т.д.) с учетом конкретного способа охлаждения, вида теплоносителя, его расхода, обеспечивающих заданные значения температур критических областей устройства;

размещение источников тепла (пленочных резисторов, навесных ^ активных компонентов и.т.д.) на подложке МСБ по тепловым критериям оптимальности.

Средства анализа температурных полей являются основным звеном построения всей подсистемы ТФП в целом, так как на этом этапе рассчитываются надежностные характеристики МСБ и проводится верификация проектных решений.

Средства оптимизации производят выбор вариантов конструкций, наилучших по тепловым критериям. Выбор осуществляется на основе многовариантного анализа температурных полей, типоразмеров конструкции, способов размещения к крепления элементов и компонентов, вида охлаждения, материалов, применяемых при изготовлении, технологии производства.

Решение задач ТФП при разработке конструкции микросборки требует, чтобы в состав САПР входило специализированное программное обеспечение, предназначенное для выполнения проблемно-ориентированных проектных процедур верификации и обеспечение теплового режима.

На основании проведенного анализа объекта проектирования сформулированы задачи, решаемые в ходе геплофизического проектирования МСВ и поставлена цель исследований в данной работе - разработка методов и средств оптимизации тепловых характеристик МСБ и создание на их основе программных средств оптимаошного теплофи-зического проектирования микросборок.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ приведены и обоснованы основные процедуры, выполняемые средствами автоматизированного теплофизического проектирования МСБ, реализующие решение задач обеспечения и оптимизации тепловых режимов.

Математическое обеспечение, используемое в этом процессе, строится на применении интегрированной тепловой модели, которая учитывает конструктивные особенности МСБ и позволяет получить частные модели для конкретных задач.

Задача последовательной декомпозиции сложной тепловой модели заключается в разбиении структуры микросборки на относительно простые регулярные структуры с последующей их обработкой для обеспечения задачи расчета температурного поля, методами, приведенными в предыдущей глазе. Сложная тепловая модель характеризу-

ется высокой размерностью и неоднородностью пространства аргументов.

При разработке математического описания тепловой модели конструкции МСВ, в первую очередь, следует учитывать характер процесса теплообмена, стационарный и нестационарный режимы, линейную и нелинейную зависимости теплофизических параметров от температурного поля и координат, однородность и неоднородность материала структуры. В этом случае надо обращать внимание на корректность математического описания соответствующих начальных, граничных условий и условий сопряжения слоев, необходимых для решения задачи анализа.

Поскольку вид и параметры применяемой системы охлаждения в значительной мере определяют как конструкцию МСБ, то его правильный выбор ухе на ранних стадиях проектирования является чрезвычайно важной и одновременно сложной задачей,

Решение этой задачи основывается на определении эффективного коэффициента теплопередачи ссэ<1).

Используя интегрированную тепловую модель микросборки, получил тепловую модель для данной задачи в виде прямоугольного параллелепипеда с плоским источником тепла на одной из граней.

По рассчитанному при заданном значении перегрева корпуса «эФ определяем требуемый вид охлаждения МСБ и необходимость применения теплоотводящих устройств, обеспечивающих заданный тепловой режим. После того как выбрана система охлаждения, необходимо рассчитать ее точные характеристики (размеры, вид хладоогента, скорость и.т.д.)

Зная величину «эФ, строим зависимости <хэф = £(п) для разных значений 11, по которым определяем число элементов оребрения, для различных видов охлаждения и конструкций радиаторов (воздушное и жидкостное, естественное и принудительное). Рассмотрим решение для радиаторов штыревого и оребренного типа и теплоотводящих шин.

Высота теплорассеиваюиих элементов, обеспечивающих заданную величину «эф при выбранном числе п и виде охлаждения, определяется следующими выражениями:

для штырей прямоугольной формы

/ А21 3-1&2 А1 + 1

Ьр= агсШ—-----= 0,5 1п-----, (1)

у Ь ' 2 (а!+а2)Ь Аа - 1 2 (а!+а2)Ь

для круглых штырей

Аоч d А-2 +- 1 d

г А-2) и

hp= arcth —--= 0,5 In

v b ) 4h

b > 4b A-2 - 1 4b

где 1Гу b lTy Хт Ь

Ai= —;-;-— , A?.=

128D « (ai+a2)n ' 64 D a 1С d n

. D= ,Ег Xx th lit hr/lrx) /(2i+l)2 + (2j+l)2 A2 ;

ai, аг, d - размеры сторон и диаметр штырей;

1тх, 1ту. ^т. Ь,- конструктивные параметры теплоотводов.

Значения hp для ребристого радиатора находятся путем численного решения трансцендентного уравнения:

1ту

hp = ----775- • (3)

62 D a n th[hp(cc/Axa) (асс/Хт) 3

При этом используется величина ос, найденная для конкретного процесса теплообмена.

На основании вышеизложенного метода разработчику предлагается вариант обеспечения теплового режима микроэлектронного изделия с конкретными параметрами системы охлаждения.

Теплофизическое проектирование на этапе разработки топологии МСЗЗ заключается в решении задачи размещения на кристалле компонентов и элементов микросборки, представляемых в виде плоских ИТ, по тепловым критериям. Использование тепловых критериев оптимальности позволяет обеспечить теплозлектрическую совместимость схемных элементов, равномерность температурного поля, снижение общего температурного фона, исключение локальных перегревов и , как следствие, улучшение эксплуатационных характеристик и повышение надежности.

Для решения задачи учета тепловых критериев при разработке топологии МСБ введем понятие параметрической чувствительности в виде частной производной выходной характеристики.

Используя зависимости, описывающие распределение температурного поля, создаваемого плоским источником на поверхности парал-

лелепипеда, получаем после дифференцирования по координатам следующее выражение для коэффициентов чувствительности:

О / с1|К « Соз((1пи^0) Зш((1пЛи^/2)

Аи = - -----Е----- 51п(|1пи)-

у 1"х1уЛил « + АиМ-п 3

~ ~ 31п(ЦпДХз/2) 51п(ВтАул/2)

1х1уДХ:Ду^ т"1п"а Лт (а + АхИп25+« + Ау0т2б)

х Соз(|1пХзо)-Соз(0тУоо)-БхпСцпХ) -Соз(ВтУ), (4)

где и = х, у.

Получив реальную картину тепловых нагрузок каждого элемента, можно сделать вывод о взаимном влиянии их друг на друга и, как следствие, об оптимальном расположении относительно друг друга. Если тепловая нагрузка ДО позволяет, их можно приблизить, в противном случае - раздвинуть. Эта задача решается следующим образом:

рассчитываются наведенные перегревы каждой пары исследуемых элементов 1 и э

= - Дх Ах1, (5)

где Дх - расстояние между элементами;

1>1 - перегрев в расчетной точке 1-го элемента; А'х - коэффициент чувствительности перегрева з.-то элемента к изменению расстояния по оси X;

рассчитываются допустимые наведенные перегревы (0днд) каждого элемента

»1«*= - (6)

где - допустимый перегрев ¿-го элемента = Т,3 - Тк, - допустимая температура з"-го элемента, Тк -температура корпуса МСБ); О-з э - собственный перегрев элемента или компонента.

Используя выражение (5), находим оптимальное значение Дх.

Однако, при этом необходимо учитывать, что влияние одного элемента на другой не является симметричным относительно друг друга и, как следствие, два значения Дх. Исходя из этих соображений, наиболее приемлемое значение расстояния выбирается с точки зрения максимального Дх.

Если необходимо провести размещение по координате у, то в данном случае алгоритм абсолютно идентичен предыдущему.

Выбор расчетной точки осуществляется с учетом приращения размеров, учитывающих технологические ограничения (Дх, Ду), а также пространства для трассировки соединений.

Таким образом, методом перебора всех пар элементов можно выбрать их оптимальное взаимное расположение удовлетворяющее условию 0П * 1>Г1Д, или сформировать тепловые ограничения для задачи размещения по коммутационным критериям.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведены алгоритмы тепловой оптимизации конструкций МСВ, разработанные на базе предложенной интегрированной тепловой модели, выбранных целевых функций и методов решения уравнений теплопроводности.

В процессе анализа технического задания решается вопрос о возможности удовлетворения предложенных требований к температурным режимам.

На этапе синтеза варианта конструкции решается одна из основных задач - расчет температурного поля МСБ на основании разработанной интегрированной тепловой макромодели конструкции и оптимальное размещение источников теплового поля на поверхности либо в объеме конструкции.

Следующий шаг - анализ температурного поля МСБ с учетом статистического разброса всех параметров тепловой модели. Определяются коэффициенты влияния изменения параметров на температуру в отдельных наиболее критичных точках. Исходя из этого, выделяется часть наиболее влияющих на температуру параметров и анализируется случай "наихудшего сочетания". Если температура в анализируемой точке МСБ в условиях "наихудшего сочетания параметров" не превышает предельно допустимую, то рассчитывается вероятность функционирования с таким сочетанием параметров.

При этом задача переходит на следующий уровень - необходимость применения принудительного теплоотвода (охлаждения). Выбор осуществляется на основании предварительного расчета эффективного коэффициента теплоотдачи.

На этом же уровне осуществляется оптимальное размещение источников теплового поля на поверхности либо в объеме конструкции. Исходные данные для задачи этого уровня находятся в двух множествах Р=<Г1 ■■■,Рп> - множество локальных температур и .. - ,?.3> - множество топологических параметров.

Получив реальную картину тепловых режимов элементов можно сделать вывод об их влиянии друг на друга и выбирать их оптимальное расположение как по оси X, так и по оси У.

Если мы имеем дело с ситуацией, когда размещаемые разногабаритные элементы не имеют фиксированных позиций, то задача значительно усложняется, так ]{ак расчет коэффициентов Г^ до проведения размещения невозможен. Как указывалось выше, для решения этой проблемы вводится коэффициент параметрической чувствительности.

Па первых кагах осуществляется ввод исходных данных ( размеры элементов, тепловые мощности, размеры подложки). Затем осуществляется разбиение подложки на посадочные места в виде координатной сетки. Для этого выбирается минимальный элемент (как правило резистор) из тех, которые необходимо разместить на подложке и рассчитываются размерь минимального посадочного места (прямоугольника)

1 > 1ЭЛ + Л1 ,

1 = рэл + Др - (?)

где 1Эл, Рэл - размеры наименьшего устанавливаемого элемента;

Д1, Др - приращение размеров, учитывающие технологические ограничения (минимальное допустимое расстояние между элементами, пространство для трассировки).

Далее рассчитывается коэффициент формы элементов, подлежащих установке.

На основании полученных результатов расчетов поверхность подложки покрывается прямоугольной координатной сеткой, имеющей размеры ячеек р х р.

Дачее в предложенном алгоритме осуществляется расчет пара-

метрического коэффициента чувствительности А для каждого из элементов. После того, как операция завершена,проводится формирование множества Е, которое осуществляется по принципу возрастания расчетного значения А.

Следующий шаг - выбор элемента, имеющего максимальную величину коэффициента параметрической чувствительности. Это делается для того, чтобы определиться с первым элементом, другими словами, мы берем элемент, имеющий наибольшее значение коэффициента А и устанавливаем его в какую-то определенную позицию, например в центре. Затем устанавливаем остальные элементы по порядку сформированного множества Е. После завершения этой операции, проводится расчет перегревов элементов относительно друг друга и выбирается тот, который дает наименьший перегрев. Выбрав элемент, нам необходимо получить оптимальное значение расстояния между элементами. Как отмечалось выше, при установке каждой пары элементов мы получим по два значения Ах и &у.

Отметим что, определение наиболее оптимального элемента осуществляется путем перебора всех элементов и, как уже говорилось, выбора наилучшего варианта, то-есть варианта, дающего наименьший перегрев. Только после этого мы можем сказать, что цикл завершен.

Затем мы берем следующий элемент из множества Е и повторяем все вышеизложенные процедуры.

Алгоритм заканчивает свою работу после того, как осуществлен перебор всех элементов, подлежащих установке.

На основе рассмотренных выше положений разработан обобщенный алгоритм моделирования температурных полей различных уровней конструкции МСБ.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ рассматриваются вопросы разработки программного и информационного обеспечения ПМК теплофизического проектирования МСБ, основанного на предложенных ранее моделях. Про- | водится анализ эффективности созданной подсистемы по результатам I ее применения для ТФП ряда МСБ с использованием различных- систем охлаждения.

Разрабатываемые программные средства базируются на предложенных во второй главе структуре средств ТФП и комплексной тепло-физической модели микросборок и реализуют приведенные выше алгоритмы анализа и оптимизации тепловых режимов. При их разработке

учитывались основные требования, предъявляемые к программному обеспечению (ПО) САПР, такие, как универсальность, открытость, адаптируемость, удобство использования, реактивность, экономичность и т.д., а также принципы модульности и иерархичности.

Информационное обеспечение (Ш) представляет собой совокупность данных, логически объединенных между собой, то-есть данные представлены в виде файлов, хранящихся на магнитном носителе типа "Винчестер" или на гибком магнитном диске.

Назначение ЙО - реализация потребностей всех составных компонентов ПО, а так как предлагаемая программа разработана для функционирования в составе ПТП, то в нее встроены фушсции, обеспечивающие обмен данными с другими элементами подсистемы. Кроме того, интерфейс с пользователем построен в соответствии со сложившимся стандартом оконного интерфейса и представляет собой систему меню, снабженное контекстно-зависимой информационной поддержкой.

Основой ПО является диалоговый интерфейс, обеспечивающий управление процессом проектирования и организацию взаимодействия с пользователем посредством многоуровневой системы меню. Проектирующие алгоритмы реализуются тремя программными подсистемами: моделирования и анализа температурных полей; прогнозирования надежности создаваемых МСВ. Все программные средства имеют модульную структуру, взаимодействие между ними в процессе работы осуществляется через оперативную память и БД текущего проекта.

Для разработки предлагаемого ПО использовался язык Borland Pascal, так как он широко распространен, прост в построении, имеет собственную интегрированную среду для разработки ГО, поддерживает работу с графическими библиотеками. Одновременно использовался Turbo-Vision - оболочка оконной программы, управляемой событиями.

Одновременно для разработки данного ПО потребовался и выбор СУБД. После анализа наиболее популярных на сегодняшний день СУБД (dBase, IV, Clipper, FoxPro) было принято решение использовать для данной разработки систему Paradox. К тому же Paradox предусматривает средства обмена данными с файлами в формате ASCII, dBase IV, Lotus 1-2-3, QuattroPro.

Разработка TO осуществляется в рамках операционной системы Ж DOS 6.0 на базе ПЭВМ типа IBM РС-486 и обладает следующими ха-

рактеристиками: объем занимаемой на диске памяти не менее 3 Мбайт (к зависимости от содержания и объема базы данных), объем СБУ не менее 1 Мбайт.

Для нормальной компиляции также необходимы стандартные модули Borland Pascal crt.tpu, dos.tpu, graph, tpu.

В программе для реализации баз данных был использован язык управления базами данных Paradox Engine, поэтому на магнитном носителе необходимо наличие модуля PxEngine. tpu и файлов tepl.db и tmpr.db, соответственно представляющих собой базы данных теплопроводности и вязкости, а также файлов, содержащих ключи баз дачных, соответственно tepl.px и ghg.px . Для нормальной работы программы в графическом режиме необходимо наличие в текущей директории файла egavga.bgi .

Для нормальной работы программы необходимо наличие следующих программных и технических средств.

1) Операционная система MS DOS версии 6.0 и выше.

2) ЭВМ IBM PC/XT или совместимая с данной.

Для распечатки результатов работы программы необходимо наличие любого печатающего устройства. Созданные программные средства были использованы для проведения теплофизического проектирования ряда МСВ, предназначенных для применения в линейных трактах аппаратуры радиосвязи.

В результате расчетов выбраны оптимальные для каждой из проектируемых микросборок оптимальные виды охлаждения. Так для МСВ N 1 был осуществлен выбор и расчет радиатора с оптимальными параметрами. При анализе тепловых нагрузок микросборок N 1 и N 2 результаты показали необходимость выбора системы охлаждения с принудительным обдувом, после расчета которой уточнена наиболее "приемлемая для данного случая скорость обдува равная 1,63 м/с.

Следствием проведенных расчетов является повышение надежное- | ти микросборок и улучшение их эксплуатационных характеристик. Так 1 для всех рассчитываемых МСВ значения интенсивности отказов и ресурса после оптимизации тепловых режимов повысились и в среднем равны: Амсб = 2,17-10~6 1/ч, t0. 95 = 112 277 ч.

Основные результаты работы:

1. Проведен анализ особенностей конструкции в процессе проектирования современных МСВ, сформулированы задачи котнетруктивно

- теплового синтеза, направленные на оптимизацию тепловых характеристик разрабатываемых устройств.

2. Определены состав и взаимосвязь основных процедур тепло-физического проектирования МСБ.

3. Разработаны математические модели и методы, базирующиеся на использовании интегрированной тепловой модели МСБ и обеспечивающие оптимизацию теплового режима путем выбора необходимого способа охлаждения, синтеза теплоотводящих устройств (радиаторы, тепловые шины и пр.) и получения системы охлаждения с оптимальными параметрами.

4. Предложены модели, отражающие взаимное тепловое влияние элементов и компонентов и использующие коэффициенты чувствительности температурного поля тепловых источников на подложке к изменению расстояния между ними, предназначенные для построения топологии МСВ, учитывающей тепловые ограничения и обеспечивающей нормальный тепловой режим микроплаты.

5. Разработаны алгоритм обеспечения тепловых режимов и оптимизации тепловых характеристик МСБ на различных этапах конструкторского проектирования, а также алгоритм размещения разногабаритных элементов топологии на подложке по тепловым критериям.

Б. Созданы программные средства теплофизического проектирования, поддерживающие процедуры получения оптимальных тепловых характеристик и, соответственно, их температурных полей в процессе автоматизированного конструирования МСБ.

7. Программное обеспечение использовалось при разработке и производстве микроэлектронных изделий различного назначения, внедрено в промышленности (НИИ электронной техники, НПО "Электроника", ОКБ "Процессор") с экономически эффектом 332.46 тыс. руб. (в ценах 1990-1992 гг.).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1.Антиликаторов Л.Б., Макаров О.Ю., Муратов A.B. Подсистема теплофизического проектирования в САПР ИЭТ // Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини- и микроэвм.- Гез. докл. Всесоюз. совещ. - сем. молодых ученых и специалистов, Воронеж, 11-19 сент. 1989г.- Воронеж, 1989. С.204.

2.Антиликаторов A.B., Макаров О.Ю., Муратов A.B. Подсистема

теплофизического проектирования в САПР РЭС // Методы оценки и повышения надежности РЭС: Тез. докл. Рос. науч.- техн. конф., Пенза, 30-31 мая 1991г.- Пенза. 1991. С.96.

3.Антиликаторов A.B., Макаров О.Ю., Муратов A.B. Структура комплексной подсистемы теплофизического исследования и моделирования в САПР МЭА У/ Модели и алгоритмы оптимизации в автоматизированных системах: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж, 1989. С.169-173.

4.Антиликаторов A.B., Муратов A.B. Вопросы прогнозирования надежности в человеко-машинной теплофизического проектирования САПР МЭА // Эффективность, качество, надежность систем "человек-техника": Тез. докл. IX симпозиум, Воронеж, 28-30 ноаб. 1990г.- Воронеж 1990. С.SO.

5. Подсистема моделирования тепловых режимов в САПР РЭУ / Антиликаторов A.B., Макаров О.Ю., Муратов A.B., Савинков О-В.// Разработка и эксплуатация САПР в радиоэлектронике: Тез. докл. Всесоюз. шк.- сем. молодых ученых 10-12 сент. 1991г.- Челябинск, 1991. С.5.

6.Антшшкаторов A.B., Макаров О.Ю., Муратов A.B. Программное обеспечение для прогнозирования надежности при проектировании ИС // Итерактивное проектирование технических устройств и автомата зированных систем на персональных ЭВМ: Тез. докл. Всесоюз. сов.-сем., Воронеж, 11-15 сент. 1991г.- Воронеж 1991. С.31.

7. Антиликаторов А.Б., Муратов A.B. Программное обеспечение для расчета надежности элементной базы микроэлектронной аппаратуры // Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж, 19S2. С.149 - 153.

8.Антиликаторов A.B., Макаров О.Ю. Структура и основные процедуры теплофизического проектирования МЭУ // Математическое : обеспечение информационных технологий в технике, образовании и j медицине: Тез. докл. Всерос. совещ.-сем., Воронеж, 26-29 июня i 1996г.- Воронеж, 1996. С.20.

9.Антиликаторов A.B., Муратов A.B. Подсистема теплофизического проектирования микросборок и многокристальных модулей // Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине: Тез. докл. Всерос. совещ.-сем., Воронеж, 26-29 июня 1996г.- Воронеж, 1936 С.80.

10.Антиликаторов A.B. Алгоритм выбора оптимальной конструкции

теплоотвода для микрозлектроннмх устройств // Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине: Тез. докл. Всерос. совещ.-сем., Ворнеж, 26-29 июня 1996г.- Воронеж, 1996. С.122.

11.Антиликаторов А.Б., Макаров О.Ю., Муратов A.B. Процесс оптимального теплофизического проектирования микросборок и микромодулей // Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж, 1996.--С.192 - 196.

12.Антиликаторов А.Б., Макаров О.Ю., Муратов A.B. Математические модели элементов БЙС для задачи размещения по тепловым критериям // Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж. 1996. С.59 -63.

Л? N 020419 от 12.02.92. Подписано к печати 23.12.96. ' Усл. печ. л. 1,0 Тираж 85 экз. Заказ ПЪЧ8 4 Воронежский государственный технический университет 3940Н6 Воронеж, Московский проспект, 14 Участок опреративной полиграфии

Воронежского государственного технического университета