priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2022-65-10-712-724pribor-265Research ArticleТЕПЛОВЫЕ РЕЖИМЫ И НАДЕЖНОСТЬ ПРИБОРОВ И СИСТЕМHEAT REGIMES AND RELIABILITY OF INSTRUMENTS AND SYSTEMSВлияние печатных проводников на тепловой режим радиоэлектронных приборовInfluence of Printed Conductors on the Thermal Regime of Radio-Electronic DevicesСотниковаС. Ю.SotnikovaS. Yu.

Светлана Юрьевна Сотникова — канд. техн. наук, Московский институт электроники и математики им. А. Н. Тихонова, департамент электронной инженерии

Москва

Svetlana Yu. Sotnikova — PhD, Tikhonov Moscow Institute of Electronics and Mathematics, School of Electronic Engineering

Moscow

ssotnikova@hse.ruКононоваН. А.KononovaN. A.

Наталья Алексеевна Кононова — студентка, Московский институт электроники и математики им. А. Н. Тихонова, департамент электронной инженерии

Москва

Natalia A. Kononova — Student, Tikhonov Moscow Institute of Electronics and Mathematics, School of Electronic Engineering

Moscow

nakononova_1@miem.hse.ruЛандерЛ. Б.LanderL. B.

Леонид Борисович Ландер — студент, Московский институт электроники и математики им. А. Н. Тихонова, департамент электронной инженерии

Москва

Leonid B. Lander — Student, Tikhonov Moscow Institute of Electronics and Mathematics, School of Electronic Engineering

Moscow

lblander@miem.hse.ruЦветковВ. Э.TsvetkovV. E.

Вячеслав Эдуардович Цветков — студент, Московский институт электроники и математики им. А. Н. Тихонова, департамент электронной инженерии

Москва

Vyacheslav E. Tsvetkov — Student, Tikhonov Moscow Institute of Electronics and Mathematics, School of Electronic Engineering

Moscow

vetsvetkov@miem.hse.ruЯловнаровС. В.YalovnarovS. V.

Степан Владимирович Яловнаров — студент, Московский институт электроники и математики им. А. Н. Тихонова, департамент электронной инженерии

Москва

Stepan V. Yalovnarov — Student, Tikhonov Moscow Institute of Electronics and Mathematics, School of Electronic Engineering

Moscow

svyalovnarov@edu.hse.ruНациональный исследовательский университет „Высшая школа экономики“HSE University2022021220246510712724Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/265

Исследовано влияние трассировки печатных проводников на тепловые режимы печатных узлов в составе радиоэлектронных приборов (РЭП). Показано, что отсутствие учета теплового процесса в медных печатных проводниках при оценке теплового режима плат на этапе разработки может привести к большим ошибкам в оценке надежности РЭП. Для компьютерного моделирования тепловых режимов использовалась широко распространенная система автоматизированного проектирования SolidWorks. Сравнение результатов моделирования печатного узла дальномера с данными эксперимента позволило доказать необходимость учета тепловых процессов в печатных проводниках при проведении моделирования РЭП. Показано, что обычно используемые тепловые модели печатных узлов, выполненные без учета металлизации, могут привести к погрешности в определении температуры электрорадиоэлементов до 22 %. Это не дает возможности правильно принять решение по обеспечению надежности РЭП.

The effect of printed conductors tracing on the thermal modes of printed components of radio-electronic devices is investigated. It is shown that the failure to take into account the thermal process in copper printed conductors when assessing the thermal regime of boards at the development stage can lead to large errors in assessing the radioelectronic device reliability. For computer simulation of thermal regimes, the widely used computer-aided design system SolidWorks is used. Comparison of the results of modeling the printed circuit assembly of the rangefinder with the experimental data makes it possible to prove the need to take into account thermal processes in printed conductors when simulating the radio-electronic devices. It is demonstrated that the commonly used thermal models of printed circuit assemblies, which do not take into account metallization, may lead to an error in determining the temperature of electronic elements up to 22 %. This does not make it possible to make a correct decision on ensuring the reliability of the radioelectronic devices.

радиоэлектронные приборыпечатные узлытрассировкаметаллизациятепловые процессыотвод теплаобеспечение надежностиelectronic devicesprinted circuit assemblytracingmetallizationthermal processesheat removalreliability assuranceReferencesАлексеев В. Ф., Пискун Г. А., Лихачевский Д. В. Моделирование тепловых полей электронных систем в среде ANSYS // Big Data and Advanced Analytics. 2020. № 6-3. С. 282—286.Alekseev V.F., Piskun G.A., Likhachevsky D.V. Big Data and Advanced Analytics, 2020, no. 6-3, pp. 282–286. (in Russ.)Ellison G. N. Thermal computations for electronics conductive, radiative, and convective air cooling. CRC Press Taylor & Francis Group, Boca Raton, USA, 2011.Ellison G.N. Thermal computations for electronics conductive, radiative, and convective air cooling, CRC Press Taylor & Francis Group, Boca Raton, USA, 2011.Роткоп Л. Л., Спокойный Ю. Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1976. 232 с.Rotkop L.L., Spokoyny Yu.E. Obespecheniye teplovykh rezhimov pri konstruirovanii radioelektronnoy apparatury (Providing Thermal Conditions in the Design of Radio-Electronic Equipment), Moscow, 1976, 232 р. (in Russ.)Боровиков С. М., Цырельчук И. Н., Троян Ф. Д. Расчет показателей надежности радиоэлектронных средств: учеб.-метод. пособие. Минск: БГУИР, 2010. 68 с.Borovikov S.M., Tsyrelchuk I.N., Troyan F.D. Raschet pokazateley nadezhnosti radioelektronnykh sredstv (Calculation of Indicators of Reliability of Radio Electronic Means), Minsk, 2010, 68 р. (in Russ.)Raja B., Praveenkumar V., Leelaprasad M., Manigandan P. Thermal simulations of an electronic system using Ansys Icepak // Intern. Journal of Engineering Research and Applications. 2015. Vol. 5, is. 11. P. 57—68.Raja B., Praveenkumar V., Leelaprasad M., Manigandan P. Intern. Journal of Engineering Research and Applications, 2015, no. 11(5), pp. 57–68.Evstatieva N., Evstatiev B. Modelling the Temperature Conditions of a Printed Circuit Board // 12th Intern. Symp. on Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE). 2021. P. 1—4. DOI: 10.1109/ATEE52255.2021.9425281.Evstatieva N., Evstatiev B. 12th Intern. Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE), 2021, рр. 1–4, DOI: 10.1109/ATEE52255.2021.9425281.Москаленко К. И. Моделирование тепловых режимов элементов на печатной плате средствами САПР // Молодежн. науч.-техн. вестн. 2016. № 5. C. 31—38.Moskalenko K.I. Molodezhnyy nauchno-tekhnicheskiy vestnik (Youth Scientific and Technical Bulletin), 2016, no. 5, pp. 31–38. (in Russ.)Карабан В. М., Суслов И. О. Возможности проведения расчета теплового режима печатных плат в системе имитационного моделирования Ansys Icepack // Решетневские чтения. 2012. № 16. C. 179—180.Karaban V.M., Suslov I.O. Reshetnevskiye chteniya, 2012, no. 16, pp. 179–180. (in Russ.)Рыбаков И. М. Алгоритм исследования теплового режима печатной платы // Тр. междунар. симп. „Надежность и качество“. 2017. Т. 1. С. 362—364.Rybakov I.M. Transactions of the International Symposium on Reliability and Quality, Penza, 2017, vol. 1, рр. 362– 364. (in Russ.)Рыбаков И. М. Методика применения печатных проводников в качестве системы охлаждения // Тр. междунар. симп. „Надежность и качество“. 2018. С. 48—51.Rybakov I.M. Transactions of the International Symposium on Reliability and Quality, Penza, 2018, рр. 48–51. (in Russ.)Карабан В. М., Сухоруков М. П., Морозов Е. А. Математические модели многослойных печатных плат для теплового моделирования электронных устройств и систем // Доклады ТУСУР. 2013. № 3(29). С. 170—174.Karaban V.M., Sukhorukov M.P., Morozov Е.А. Proceedings of Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, 2013, no. 3(29), pp. 170–174. (in Russ.)Kofanov Y., Kuznetsov N., Sotnikova S. Evidence-Based Modeling of Thermal Processes in Printed Circuit Assemblies of Optoelectronic Devices // Quality Management, Transport and Information Security, Information Technologies (IT&QM&IS). IEEE, 2021. P. 1—4. DOI: 10.1109/ITQMIS53292.2021.9642785.Kofanov Y., Kuznetsov N., Sotnikova S. Quality Management, Transport and Information Security, Information Technologies (IT&QM&IS), IEEE, 2021, рр. 1–4, DOI: 10.1109/ITQMIS53292.2021.9642785.Дульнев Г. Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высш. шк., 1984. 247 с.Dulnev G.N. Teplo- i massoobmen v radioelektronnoy apparature (Heat and Mass Transfer in Electronic Equipment), Moscow, 1984, 247 р. (in Russ.)Kuznetsov E., Golyaev Y., Kolbas Y., Kofanov Y., Kuznetsov N., Vinokurov Y., Soloveva T. Thermal computer modeling of laser gyros at the design stage: a promising way to improve their quality and increase the economic efficiency of their development and production // Optical and Quantum Electronics Switzerland: Springer, 2021. Vol. 53, is. 10. Art. number 596. P. 1—15. DOI: 10.1007/s11082-021-03253-8.Kuznetsov E., Golyaev Y., Kolbas Y., Kofanov Y., Kuznetsov N., Vinokurov Y., Soloveva T. Optical and Quantum Electronics, Springer, Switzerland, 2021, no. 10(53), art. number 596, pp. 1–15, DOI: 10.1007/s11082-021-03253-8.Гольдин В. В., Журавский В. Г., Коваленок В. И. и др. Исследование тепловых характеристик РЭС методами математического моделирования. М.: Радио и связь, 2003. 456 с.Goldin V.V., Zhuravsky V.G., Kovalenok V.I. et al. Issledovaniye teplovykh kharakteristik RES metodami matematicheskogo modelirovaniya (Research of Thermal Characteristics of RES by Methods of Mathematical Modeling), Moscow, 2003, 456 р. (in Russ.)Семененко А. Н., Кофанов Ю. Н., Роткевич А. С., Увайсов С. У. Тепловая модель радиаторов модулей электропитания электронных средств // Качество. Инновации. Образование. 2015. № 12(127). С. 44—52.Semenenko A.N., Kofanov Yu.N., Rotkevich A.S., Uvaisov S.U. Quality. Innovation. Education, 2015, no. 12(127), pp. 44–52. (in Russ.)Захарьин К. Н., Сарафанов А. В., Егоров Н. М., Трегубов С. И. Компьютерные технологии в приборостроении. Основы математического и методического обеспечения. Версия 1.0. Красноярск: ИПК СФУ, 2008.Zakharyin K.N., Sarafanov A.V., Egorov N.M., Tregubov S.I. Komp'yuternyye tekhnologii v priborostroyenii. Osnovy matematicheskogo i metodicheskogo obespecheniya. Versiya 1.0 (Computer Technologies in Instrument Making. Fundamentals of Mathematical and Methodological Support. Version 1.0), Krasnoyarsk, 2008. (in Russ.)Rybakov I. M., Goryachev N. V., Kochegarov I. I., Grishko A. K., Brostilov S. A., Yurkov N. K. Application of the model of the printed circuit board concerning the topology of external conductive layers for calculation of the thermal conditions of the printed circuit board // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 803, N 1. P. 1—6. DOI: 10.1088/1742-6596/803/1/012130.Rybakov I.M., Goryachev N.V., Kochegarov I.I., Grishko A.K., Brostilov S.A., Yurkov N.K. Journal of Physics: Conference Series, 2017, no. 1(803), pp. 1–6, DOI: 10.1088/1742-6596/803/1/012130.Дульнев Г. Н., Парфенов В. Г., Сигалов А. В. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена: учеб. пособие для теплофизич. и теплоэнергетич. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1990. 207 с.Dulnev G.N., Parfenov V.G., Sigalov A.V. Primeneniye EVM dlya resheniya zadach teploobmena (The Use of Computers for Solving Heat Transfer Problems), Moscow, 1990, 207 р. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.