В отделе «Математического моделирования тепловых процессов в сложных технических системах», под руководством доктора технических наук, профессора А.Г. Мадера активно ведутся работы по созданию методов математического и компьютерного моделирования стационарных, трехмерных температурных полей в сложных конструкциях ЭИ, учитывающие реальные конструктивные особенности корпусов ИС, условия их монтажа на многослойной печатной плате (МПП) с неограниченным числом слоев, особенности крепления МПП в блоках и панелях, конструкции отвода теплоты от элементов ЭМ, различные условия охлаждения.

Надежность, помехоустойчивость, быстродействие, статические и динамические параметры электронных изделий (ЭИ) – интегральных микросхем (ИС), электронных модулей (ЭМ) на многослойных печатных платах (МПП), панелей и стоек вычислительных комплексов и систем, – в значительной степени зависят от температуры. Причем уровень температуры ЭИ является в ряде случаев решающим фактором, ограничивающим эксплуатационные характеристики ЭИ. Поэтому важнейшей задачей, стоящей перед разработчиками, является обеспечение требуемого теплового режима ЭИ, т.е. уровней температур всех элементов, узлов и устройств, при которых их электрические и надежностные характеристики удовлетворяют заданным требованиям.

Для обеспечения требуемого теплового режима элементов, узлов и устройств ЭИ необходимо проводить тепловое проектирование, которое требует развитых методов и средств математического и компьютерного моделирования температурных полей элементов и устройств ЭИ, в том числе и тепловлажностных параметров воздушной среды в машинном зале, в помещении, на борту и т.д.

Сложность проблемы математического и компьютерного моделирования температурных полей обусловливается тем, что уровень температуры как элементов, так и конструкции всего ЭИ определяется не только рабочей температурой окружающей среды,

Температурное поле электронного модуля

но и собственным температурным полем, которое возникает во всех тепловыделяющих элементах в процессе функционирования. Различные энергопотребления элементов ЭИ, пространственная компоновка элементов в конструкции, взаимное влияние друг на друга – все это приводит к возникновению трехмерных, неоднородных и нелинейных температурных полей, моделирование которых представляет собой сложную проблему, как в математическом, так и вычислительном аспектах.

На сегодняшний день отсутствуют надежные и адекватные средства реализующие математические модели и методы в виде программных комплексов (ПК) для компьютерного моделирования тепловых процессов в сложных ЭИ. Существующие в настоящее время ПК имеют существенные ограничения по сложности рассчитываемых конструкций и поэтому вызывают сомнения в адекватности получаемых моделируемых результатов. Так, с помощью ПК Beta-Soft, предназначенного для моделирования температурных полей в ЭМ, можно рассчитывать температурные поля МПП, с числом слоев не превышающим трех, а посредством отечественного ПК АСОНИКА – только с одним слоем. В то же время современные МПП могут содержать до двадцати и более слоев с толщинами и теплопроводностями отличающимися друг от друга в десятки тысяч раз, что накладывает дополнительные и нетривиальные требования на применяемые при моделировании численные методы.

Разработанный в отделе ПК моделирования трехмерных температурных полей электронных модулей (ПК МТТП-ЭМ. Свидетельство о Гос. Регистрации программы для ЭВМ №2010615482 от 29 июня 2010г. ) предназначен для персональных компьютеров и по многим параметрам превосходит существующие компьютерные средства теплового проектирования как в российской, так и зарубежной практике. ПК МТТП-ЭМ обладает удобным и разветвленным интерфейсом, позволяет получать результаты моделирования в виде цветных и черно-белых изотерм.