[发明专利]一种电子设备系统板热设计的优化方法

说明书

本发明公开了一种电子设备系统板热设计的优化方法，包括以下步骤：确定影响系统板热可靠性的参数，把系统板的最高结点温度作为优化目标；根据确定的热可靠性的参数和优化目标，进行直交组合设计；形成完备的直交组合设计；设计径向基网络RBN的判定函数和学习法则，运用完备的直交组合设计和对应的系统板最高结点温度对径向基网络RBN进行训练，基于判定函数和学习法则构建系统板最高结点温度的RBN模型；对系统板的最高结点温度RBN模型进行验证和误差测试；利用满足精度的RBFN模型建立电路系统板热优化模型，获得最优的系统板参数。该优化方法，能够实现系统板的热优化设计，大大地提高系统板热可靠性。

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，具体涉及一种电子设备系统板热设计的优化方法。

背景技术

系统板(也称主板)是电子设备如工控电子系统，GPS导航系统、在线监控系统、仪器仪表系统，专业的控制系统，军工电子设备等的最重要的部件，它不仅为电子设备中不同功能的器件实现机械和电气的连接，还为整个电子设备实现接收、处理和传输信息和数据的功能。计算机是典型的复杂电子系统，系统板是计算机的核心部件。电子设备系统板的生产和制造是我国的主导产业之一，2013年，我国电子设备系统板制造行业规模以上企业数量达到了147家，实现了销售收入和利润总额11944.804亿元，257.09亿元，在行业中占比分别是56.16％和41.36％。

然而，我国制造的系统板国际市场竞争力还比较薄弱，关键原因是产品的可靠性不高。影响系统板可靠性的原因有很多，包括：内部元器件自身的原材料发生变异、元器件本身设计不良以及所运行的环境温度和湿度的影响等等。通过调查和用户反馈的信息，电子设备系统板主要失效形式之一是热失效，它在使用时内部的功率器件会产生大量的热量，长期的温度交变产生的热应力会引起元器件发生热疲劳失效，通过大量的数据分析，系统板内的电子器件环境温度每升高10℃时，其失效率增加一个数量级。根据相关文献记载，电子设备系统板元器件的失效率有55％左右是温度超过规定的值引起的。

电子设备系统板的热优化设计是解决电子系统因过热失效的根本途经，现已引起国内外学者和研究部门的高度重视，其中国外的研究工作超前于国内。目前国外开展系统板热可靠性研究的科研院所主要有：马里兰大学的CACLE电子研究中心、新加坡国立大学、悉尼大学和美国、欧盟、日本、新加坡等一些电子工业高度发达国家的许多电子研究所等。

国外早在上世纪八十年代中期开始进行电子设备系统板的热分析、热设计方面的工作，到上世纪90年代，日本的Toshiba公司对电子设备系统板进行了热评估和质量控制并发表了学术论文。近几年，国外对电子设备系统板上元件热可靠性也有一定的研究，C.Casavola,L.Lamberti等采用相移散射干涉装置研究系统板电子器件热形变的时变特性，并应用在航空电子设备中；S.Russo,A.Testa等基于Coffin-Manson理论和热应力测量的方法建立了电子器件的可靠性评估模型；H.W.Sik,K.A.Young等在-40-+85℃循环温度1500个热循环下以及在-40-+125℃循环温度温度3000个热循环下从物理热失效模式上研究了汽车电子系统板器件的退化行为和剪切强度和裂纹长度的交互特性；Michael Pecht教授采用马尔可夫理论建立了高密度系统板热可靠性分析和预测模型；F.Baccara，H.Arbessa等提出用边界积分的方法预测系统板上各元件的温度，这种方法适用与各向同性和各向异性的问题，其优点是简单、易行，对于大量的实际问题都能适用。爱尔兰州立大学机械工程学院就对流的情况下，系统板的布局对元件运行温度的影响进行试验和数据分析研究。

我国在电子设备系统板热设计方面的研究起步较晚，起初都是借鉴国外的经验，军方则对系统板的热设计给予了高度重视，1992年7月颁布了国军标GJB/Z27-92《电子设备可靠性热设计手册》，是进行热设计的基本依据；1993年9月颁布了国军标GJB/Z35-93《元器件降额准则》，规定了各种元器件在不同应用情况下应降额的参数及其量值，同时提供了若干与热设计和和降额设计有关的应用指南。