Методика применения печатных проводников в качестве системы охлаждения

Далее они подвергаются визуальной инспекции. Полученные статистические данные по видам дефектов ПП картируются (т.е заносятся в специализированные дефектные карты) и далее обрабатываются одноступенчатым, двухступенчатым, многоступенчатым или последовательным методами контроля качества [11-15].

Заключение. Изготовление шлифов с травлением дает информацию о состоянии меди, которая определяет качество металлизации сквозных отверстий.

Кроме представления об общем качестве шлифы дают информацию о толщине слоев и возможных проблемах, возникающие при сверлении; растрескивании; кавернах; размазывании многослойного материала печатной платы [16, 17]. Шлифы, демонстрирующие мелкозернистую структуру осажденной меди и равнозначное травление по всем осям, свидетельствуют о высоком качестве выполнения металлизации стенок отверстий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гриднев В.Н., Гриднева Г.Н. Проектирование коммутационных структур электронных средств -Москва, Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана. 2014. Том 2. Сер. «Конструирование и технология электронных средств». 34 4 с.

2. Алексеев В.Г., Гриднев В.Н., Нестеров Ю.И., Филин Г.В. Технология ЭВА, оборудование и автоматизация - Москва, Издательство "Высшая Школа". 1984. 392 с.

3. Гриднев В.Н., Яншин А.А. Технология элементов ЭВА - Москва, Издательство "Высшая Школа". 1976. 288 с.

4. Власов А.И., Гриднев В.Н., Константинов П., Юдин А.В. Нейросетевые методы дефектоскопии печатных плат // Электронные компоненты. 2004. №8. С. 148-155.

5. Арабов Д.И., Власов А.И., Гриднев В.Н., Григорьев П.В. Концепция цифрового инструментального производства (FAB LAB) для прототипирования изделий электронной техники // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 5-3 (47). С. 23-34.

6. Балухто А.Н., Булаев В.И., Бурый Е.В., Власов А.И. и др. Нейрокомпьютеры в системах обработки изображений - М.: Радиотехника. 2003. Том 7. Сер. Библиотека журнала "Нейрокомпьютеры: разработка, применение". 192 с.

7. Панфилова С.П., Власов А.И., Гриднев В.Н., Червинский А.С. Бесконтактный тепловой контроль электронно-вычислительных средств // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2007. № 6 (72). С. 42-49.

8. Гриднев В.Н., Сергеева М.Д., Чебова А.И. Линейные модели распознавания тепловизионных изображений неисправностей электронных ячеек // Контроль. Диагностика. 2014. № 8. С. 57-66.

9. Гриднев В.Н., Миронова Ж.А., Шахнов В.А. Обеспечение качества компоновки монтажных контактных площадок высокоплотной коммутационной платы // Надежность и качество сложных систем. 2014. № 4 (8). С. 19-25.

10. Арабов Д.И., Верясова А.Ю., Гриднев В.Н. Комплексное макетирование узлов вычислительной техники с использованием инфраструктуры цифрового производства (FAB-LAB) в условиях сквозного обеспечения качества // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2016. № 1. С. 189192.

11. Власов А.И., Ганев Ю.М., Карпунин А.А. Картирование потока создания ценностей в концепции "Бережливого производства" // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2016. № 2 (162). С. 23-27.

12. Маркелов В.В., Власов А.И., Зотьева Д.Е. Автоматизация одноступенчатого контроля качества в среде МА^АВ // Надежность и качество сложных систем. 2015. № 2 (10). С. 34-41.

13. Маркелов В.В., Власов А.И., Зотьева Д.Е., Сергеева Н.А. Автоматизация двухступенчатого контроля качества в среде MATHLAB // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2016. № 1. С. 38-40.

14. Маркелов В.В., Власов А.И., Зотьева Д.Е. Автоматизация многоступенчатого контроля качества в среде МА^АВ // Надежность и качество сложных систем. 2015. № 1 (9). С. 58-62.

15. Маркелов В.В., Власов А.И., Зотьева Д.Е., Сергеева Н.А. Автоматизация последовательного контроля качества в среде MATHLAB // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2016. № 1. С. 282-285.

16. Иван Анчевский, Аркадий Медведев Металлографический анализ многослойных печатных плат // Технологии в электронной промышленности. 2005. N 2. С.35-37.

17. Жизняков А.Л., Садыков С.С. Автоматическая сегментация металлографических снимков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 109-113.

УДК 536.2 Рыбаков И.М.

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПРОВОДНИКОВ В КАЧЕСТВЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

В современной ракетно-космической технике (РКТ) не теряет актуальности проблема улучшения массогабаритных характеристик радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), а условия ее эксплуатации на сегодняшних РКТ характеризуются значительными механическими перегрузками и воздействиями изменения температуры окружающей среды в широких пределах. При этом реализация методов защиты РЭА от тепловых воздействий должна отвечать требованию минимизации масс, обеспечивающему возможность сокращения энергетических потерь на выведение космического аппарата на орбиту

Ключевые слова:

ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА, ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ, ТЕМПЕРАТУРНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ

В условиях необходимости постоянного повышения конкурентоспособности РЭА производство её неотъемлемой части - печатных плат (ПП) - является динамично развивающейся областью науки и техники. При этом необходимы постоянный контроль, управление температурным режимом РЭА, получение достоверной информации о температурных режимах (температурах перегрева) радиоэлектронных компонентов. Вследствие чего возникает задача снижения температурной погрешности, для выявления критически нестабильных элементов РЭА. В большинстве случаев для охлаждения теплонагру-женных компонентов РЭА применяют теплоотводы в

виде радиаторов, которые имеют значительные мас-согабаритные размеры, поэтому решение проблемы снижения массогабаритных характеристик путем замены радиатора медным слоем ПП, занимающим аналогичную, а в отдельных случаях меньшую площадь печатного узла (ПУ), является важной задачей.

Рассмотрим иерархию тепловых моделей печатных узлов. На первом уровне такой иерархии располагаются усредненные тепловые модели, в которых печатная плата представляется однородной, а проводящий слой не моделируется. Далее следует слоистая тепловая модель, в которой печатная плата представляется как слои диэлектрика и проводящие

слои, площадь покрытия которых задается в процентном отношении от площади диэлектрика. На

следующем уровне иерархии располагается тепловая

модель с анализом топологии проводящих слоев, что требует построения ее локальной геометрической модели.

Рисунок 1 - Иерархия тепловых моделей печатных узлов: усредненная тепловая модель, слоистая тепловая модель, тепловая модель с импортом трассировки, подробная тепловая модель

При этом модель позволяет оценивать теплопроводность печатной платы на основе локальных проводящих слоев. Наивысшей сложностью обладает подробная модель ПП, в которой содержится подробный анализ топологии проводящих слоев. В верхнем правом углу рисунка 1 представлена сравнительная диаграмма оценки распределения температуры с учетом и без учета теплопроводности проводников, которая подтверждает значимость реализуемых методов и анализ которой позволяет сделать вывод о необходимости учета топологии проводящих слоев печатной платы в виде естественного теплоотвода.

Перечисленные модели положены в основу методов, которые позволяют проводить расчеты и тепловой анализ ПУ. Для моделирования конструкций с высокой степенью интеграции выбран метод конечных элементов, являющийся известным инструментом для исследования поведения конструкций при различных внешних и внутренних воздействиях. Из анализа существующих методов моделирования тепловых полей следует, что использование топологии ПП как элемента системы охлаждения для снижения температурной погрешности и выработки новых технологических приемов отвода тепла от РЭА космической техники, является перспективным направлением.

Далее представлены результаты исследований с помощью математической модели влияния проводящих слоев на тепловой режим ПУ. В качестве основы в работе рассматривается известная математическая модель проводящих слоев одномерного температурного поля для определения температур в различных точках пластины. Перенос теплоты в данном случае осуществляется за счет теплопроводности проводящего материала при воздействии внутренних источников теплоты, когда температура системы изменяется от точки к точке. Указанный процесс распределения теплоты схож с процессом нагрева печатного проводника (дорожки). Исследование процесса распределения теплоты и нагрева печатного проводника является важной задачей в РЭА, так как повреждение печатного проводника в процессе работы электронного прибора из-за перегрева напрямую влияет на работоспособность и надежность электронной аппаратуры.

Математическая модель проводящих слоев описывает перенос теплоты за счет теплопроводности при воздействии внутренних источников теплоты, когда температура системы изменяется от точки к точке. Таким образом, имеем зависимость температуры от коэффициента теплопроводности [а Вт/м2], рассеиваемой тепловой мощности [д Вт/м2] и толщины материала [5].

Рисунок 2 - Пример распределения теплового поля: без учета топологии проводящих слоев; б - с учетом проводящих слоеЕ в - эксперимент с помощью тепловизора

а

С целью оценки степени влияния топологии проводящих слоев на тепловой режим ПУ в работе было осуществлено имитационное моделирование в пакете ДЫБУБ, а также проведены экспериментальные исследования тепловых полей теплонагруженных элементов РЭА с помощью тепловизора. Результаты моделирования и эксперимента представлены на рисунке 3. В результате получены тепловые поля и значения температур в зависимости от мощности тепловыделений с учетом топологии печатных проводников.

-Нагрев ПУбеа учета топологии печатных проводников, ПС -

Нагрев ПУ го экеперементальным данным, ПС

Рисунок 3 - Диаграмма зависимости мощности тепловыделений с печатных проводников от температуры

В результате анализа диаграммы рисунка 3 было выявлено, что значение температур для элементов печатных узлов можно снизить в пределах 5 °С. Полученные данные были использованы для создания регрессионных моделей тепловых полей без учета топологии проводящих слоев и с ее учетом; результаты, сведенные на рисунке 3, показали, что при мощности тепловыделения на ПП 4 Вт значение температурной составляющей при учете печатных проводников может варьироваться в пределах ±1,06 °С, без учета печатных проводников температура практически не меняется и составляет ±0,23 °С. При увеличении мощности тепловыделения до 18 Вт значение температуры может варьироваться в пределах ±4,74 °С, без учета печатных проводников

температура варьируется следовательно.

пределах ±0,68 С,

топологии проводящих слоев печатной платы. Сделан вывод, что необходимо учитывать теплопроводность проводящих слоев в математической модели. Для этого был предложен поправочный коэффициент температурной составляющей, которая является константой при проведении тепловых расчетов. Для преобразования полученных данных был применен метод наименьших квадратов, позволяющий по расчетным данным подобрать аналитическую функцию. В результате были получены функциональные зависимости, характеризующие зависимость температуры от выделяемой мощности с учетом увеличения толщины печатного слоя, увеличения площади металлизации на двух сторонах печатной платы, увеличения количества переходных металлизированных отверстий соответственно.

доказываем необходимость учета

Рисунок 4 - Методика использования топологии проводящих слоев печатной платы как элементов системы охлаждения, позволяющая увеличить отвод теплового потока от критических к температуре

элементов РЭА

На рисунке 4 показаны результаты разработки методики использования топологии проводящих слоев печатной платы как элементов системы охлаждения, позволяющей увеличить отвод теплового потока от критических к температуре элементов РЭА. Основным пунктом разработанной методики (рисунок 4) является изменение параметров топологии печатных узлов по одному или в сочетании

вариантов обеспечения нормального теплового режима ПУ. Разработанная методика исследования печатных узлов с учетом топологии проводящих слоев печатной платы как элементов системы охлаждения позволяет увеличить отвод теплового потока до 5%.

в

ЛИТЕРАТУРА

1. The temperature influence on the propagation characteristics of the signals in the printed conductors/Pavel Andreyev; Alexey Grishko; Nikolay Yurkov/2016 13th International Conference on Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science (TCSET)/Year: 2 016/Pages: 376 - 378/ DOI: 10.1109/TCSET.2016.7452063

2. Special features of structural design for a fiber-optic microdisplacement transducer/S. A. Brostilov; T. Yu. Brostilova; A. K. Grishko; N. K. Yurkov; I. I. Kochegarov/2 018 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET)/Year: 2018/Pages: 431 - 435/ DOI: 10.110 9/TCSET.2 018.833 623 4

3. Application of the model of the printed circuit board with regard to the topology of external conductive layers for calculation of the thermal conditions of the printed circuit board / I. M. Rybakov, N. V. Goryachev, I. I. Kochegarov, A. K. Grishko, S. A. Brostilov, N. K. Yurkov // Journal of Physics: Conference Series. - 2017. - Т. 803, № 1. - С. 012130.

4. Generalized structural models of complex distributed objects / M. Yu. Mikheev, T. V. Zhash-kova, A. B. Shcherban, A. K. Grishko, I. M. Rybakov // Proceedings of 2016 IEEE East-West Design and Test Symposium, EWDTS 2016. - 2016. - С. 7807742.

УДК 621.396.6.019.3

Бахарева С.В., Ившина Н.С., Бухаров А.Е. АО «УПКБ «Деталь», Каменск-Уральский, Россия ПЛАНИРОВАНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ НА НАДЕЖНОСТЬ (БЕЗОТКАЗНОСТЬ) СЕРИЙНОЙ АППАРАТУРЫ

На этапе серийного производства радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) должен осуществляться контроль проведения периодических испытаний на безотказность. На основе требований научно-технической и нормативной документации СМК, а также учитывая накопленный опыт, были решены, вопросы организации испытаний и определен порядок контроля проведения периодических испытаний на безотказность

Ключевые слова:

БЕЗОТКАЗНОСТЬ, ПЕРИОДИЧНОСТЬ ИСПЫТАНИЙ, ПЛАН ИСПЫТАНИЙ, КОНТРОЛЬ ИСПЫТАНИЙ

Одной из наиболее острых проблем создания современной РЭА является проблема контроля надежности. Источники по данной теме очень многочисленны, хотя порой неполны и противоречивы [1-4]. Ряд работ, касающиеся этой темы, подчас излишне академичны, либо посвящены какой-либо одной узкой проблеме. Показатели безотказности являются основными характеристиками, которые определяют надежность технического объекта. Значения этих показателей оцениваются на различных стадиях жизненного цикла РЭА как расчетным, так и экспериментальным путем.

Испытания на надежность - испытания, проводимые для определения показателей надежности в заданных условиях [5]. На этапе серийного производства согласно [6] с целью контроля стабильности качества и уровня надежности РЭА и возможности продолжения ее выпуска должны быть проведены контрольные испытания на безотказность образцов выпускаемой РЭА, проводимые через установленные промежутки времени или по количеству изготовленных изделий (партии продукции). Предприятиям, производство которых носит ритмичный характер, целесообразно устанавливать периодичность испытаний РЭА по времени производства.

Вопросы организации испытаний, задачи сбора и обработки информации являются важными, но не ре-шеными однозначно в нормативной документации. Согласно [7], правила распространения результатов испытаний на надежность, и порядок приемки продукции осуществляется в соответствии с требованиями для периодических испытаний. Однако, это не совсем корректно, так как в соответствии с требованиями [8] контрольные периодические испытания на безотказность серийной РЭА всегда проводят как самостоятельный вид испытаний. Это обусловлено тем, что продолжительность этих испытаний носит случайный характер и может варьироваться в пределах в зависимости от фактического допустимого количества отказов на испытаниях установленных планом испытаний.

План испытаний на надежность - совокупность правил, устанавливающих объем выборки, порядок проведения испытаний, критерии их завершения и принятия решений по результатам испытаний. [911].

Для выбора плана контрольных испытаний используются следующие исходные данные [8], [9]:

наработка на отказ - ТСг ч, и/или наработка на отказ и повреждения - ТоПг ч;

номинальные значения риска поставщика аи риска заказчика в заданные в ТЗ;

отношение приёмочного/браковочного уровней наработки на отказ - , Тр - количество образцов изделия, подвергаемых на испытания - п. В [3] при принятых значениях а, в и по отношению Т выбирают шифр плана контроля и по уравнениям этого плана определяют линии границ области соответствия и несоответствия, величины Ъус, шус, необходимые для графического представления плана испытаний, величины а, б определяют наклон линий соответствия и несоответствия и являются составляющими уравнений.

Величинами Ъусг шус, соответствующими выбранному плану испытаний, пользуются при усечении испытаний, где Ьус - нормированный коэффициент, рассчитанный по методу одноступенчатых испытаний, шус - предельное (усеченное) количество отказов, которые определяются [3].

Пример графического представления плана испытаний, с разбивкой на периоды, приведен на рисунке 1.

Результаты контрольных периодических испытаний на безотказность являются основанием для решения вопросов приемки продукции в период после их проведения вплоть до получения результатов очередных испытаний. В силу вышеизложенного, к вопросу установления периодичности необходимо подходить внимательно перед началом серийного производства. При установлении периодичности необходимо учесть:

Периодичность испытаний на безотказность не должна быть меньше максимальной продолжительности успешных испытаний на безотказность (с максимальным допустимым количеством отказов). Время максимальной продолжительности успешных испытаний на безотказность определяется при разработке программы и методик контрольных испытаний на безотказность серийных образцов (выборе план испытаний и значение управляющих параметров). Продолжительность производственного цикла изготовления аппаратуры.

Время на техническое обслуживание и ремонт испытательного оборудования

Время на анализ причин отказов испытуемых образцов.

Время на восстановление работоспособности.

Все эти работы целесообразно проводить на этапе постановки на производство, так как в этот период уже известно число выпускаемых изделий с учетом мощности предприятия, необходимый резерв времени для технического обслуживания и ремонта испытательного оборудования, а также время максимальной продолжительности успешных испытаний на безотказность.