СПОСОБ ТЕПЛОВОГО АНАЛИЗА ПОРТАТИВНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ИЗМЕРЕНИЙ Российский патент 2016 года по МПК G06G7/56 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение связано с компьютерным анализом и проектированием и, более конкретно, связано со способами теплового анализа портативных электронных устройств.

Способ позволяет проводить тепловой анализ портативных электронных устройств, таких как мобильный телефон, смартфон, планшетный компьютер, портативные аудио- и видеопроигрыватели/плееры, электронные книги, портативные игровые приставки и подобное.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Прогресс технологий в электронной промышленности приводит к появлению на потребительском рынке новых функциональных портативных устройств, которые помогают своему пользователю в повседневной жизни. Например, осуществлять быстрый поиск необходимой информации - интернет серфинг, использовать различные интернет сервисы, принимать и отправлять электронные письма, текстовые сообщения, осуществлять звонки, обмениваться фотографиями, аудио- и видеофайлами, читать электронные книги и т.д. Однако, с точки зрения нового портативного устройства, прогресс технологий приводит к экспоненциальному росту выделяемой удельной мощности в современных интегральных схемах, процессорах и дискретных компонентах (резисторах, индуктивностях, конденсаторах). Эти передовые технологии, в сочетании с требованиями миниатюризации, приводят к необходимости использовать при разработке электронных устройств и систем новые способы и подходы оценки теплового состояния электронных компонент. Тепловой анализ и связанный с ним тепловой менеджмент очень важны, так как они повышают надежность электронных устройств и увеличивают их производительность путем удаления тепла, выделяемого внутри устройства. Наиболее остро тепловые задачи стоят перед разработчиками новых портативных электронных устройств, поскольку с одной стороны, очень короткое время между выходом нового устройства на потребительский рынок, с другой стороны, постоянно растущие требования к функциональности и надежности новых портативных устройств.

Известен способ определения тепловой мощности и тепловых моделей чипов при помощи системы тепловизионного измерения в режиме реального времени, раскрытый в работе авторов F. J. Mesa-martínez, J. Nayfach-battilana, J. Renau, “Power Model Validation Through Thermal Measurements”, ISCA' 07, 9-13 июня 2007, США. Способ позволяет находить тепловую мощность и тепловые характеристики современных чипов, выделяющих большое количество тепла, например, таких процессоров, как AMD Athlon. Для определения температуры процессора используется тепловизор с высоким пространственным разрешением и высокой частотой обновления кадров. Полученные термограммы обрабатываются с целью снижения ошибок измерения, затем строится подробная тепловая модель процессора, для чего в модель включают дополнительные характеристики корпуса. Для получения детальной разбивки мощности процессора, состоящего из динамической мощности и мощности утечек, запускается серия тестов с несколькими уровнями активности процессора. Для получения детальной тепловой карты процессора проводится инверсное преобразование измеренной температуры процессора в мощность при помощи генетического алгоритма. Полученные результаты сравниваются с результатами моделирования.

Достоинством способа является то, что он позволяет находить тепловую мощность процессора на уровне блоков, из которых он состоит, выявлять локальный перегрев тех или иных частей процессора во время его работы в реальном режиме времени.

Недостатком способа является то, что способ имеет ценность только для тех инженеров, которые занимаются разработкой новых процессоров на уровне кристалла, поскольку способ позволяет получать детальные данные о тепловой мощности только процессоров. Поскольку процессор в данном способе является главным, то остальные части - печатная плата и размещенные на ней электронные компоненты - для разработчика не представляют интереса.

Известен способ, который позволяет получать тепловую мощность микросхем с помощью цифровой обработки и восстановления ее температурного поля, раскрытый в работе авторов Xi Wang, S. Farsiu, P. Milanfar, “Power Trace: An Efficient Method for Extracting the Power Dissipation Profile in an IC Chip from Its Temperature Map” Components and Packaging Technologies, IEEE Transactions on., том 32, выпуск 2, 2009, с. 309-316.

Способ состоит из двух частей: поиска функции распределения горячих точек и функции масштабирования, второе - преобразования и представления температурного поля в виде тепловой карты.

Достоинством известного способа является то, что он позволяет получать карту тепловой мощности типичных коммерческих микросхем без использования дорогого лабораторного оборудования, также позволяет с хорошей точностью выявлять локальный перегрев составных частей микросхемы.

Недостатком способа является то, что данный способ предназначен для инженеров, занимающихся разработкой коммерческих микросхем на уровне кристалла, поскольку предметом изучения является тепловое поведение составных частей кристалла любой коммерческой микросхемы.

В известном способе, взятом за прототип, реализован способ, позволяющий получать температуру в реальном режиме времени и карту мощностей полностью работающего электронного устройства, способ раскрыт патенте US 7167806 B2 (автор Hamann, и др.) “Method and System for Measuring Temperature and Power Distribution of a Device”. Под электронным устройством понимается любая коммерческая микросхема, процессор и другие подобные устройства. Для определения распределения температуры используется инфракрасный детектор. Для того чтобы определить распределения мощности на кристалле, измеряются отдельные поля температур для каждого источника тепла заданной мощности и размера (в способе реализовано сканирование сфокусированным лазерным лучом) при тех же условиях охлаждения. Затем измеренное распределение температуры кристалла представляется как суперпозиция полей температур этих отдельных источников тепла, и соответствующее распределение мощности вычисляется при помощи набора линейных уравнений.

Достоинством данного способа является то, что способ позволяет получать распределение тепловой мощности в реальном режиме времени в пределах кристалла микросхемы, процессора и т.п.

Недостатками данного способа является то, что, во-первых, для реализации способа необходимо дополнительное дорогостоящее оборудование - лазер с необходимой плотностью мощности луча, во-вторых, способ позволяет измерять температуру и мощность только отдельных микросхем, процессоров и т.п. без учета топологии печатной платы и дискретных компонент.

Техническим результатом является повышение точности определения распределения температуры на всех частях портативного электронного устройства, работающего в рабочем режиме, сокращение сроков проектирования и выпуска новых портативных электронных устройств на потребительский рынок.

Предложенное изобретение также позволяет моделировать изменение распределения температуры в устройстве. Моделирование распределения температуры осуществляется путем изменения в численном расчете свойств материалов. Поскольку найденная тепловая мощность не изменяется, также остается неизменной топология печатной платы. Меняя свойства материалов, из которых сделаны части портативного электронного устройства, можно смоделировать, какая температура будет на той или иной части портативного устройства.

Задачей изобретения является определение распределения температуры на всех частях портативного электронного устройства от тех тепловых мощностей, которые выделяются на электронных компонентах, расположенных на печатной плате, в зависимости от рабочего режима портативного электронного устройства.

Под частью электронного портативного устройства понимается каждая деталь устройства, из которых оно состоит. Например, частями мобильного телефона являются: задняя съемная крышка, аккумулятор, жидкокристаллический экран, крышка, под которой размещена печатная плата с компонентами, корпус крышки, в которой расположена печатная плата с электронными компонентами и т.д. Многослойная печатная плата также является частью (деталью) портативного электронного устройства.

В свою очередь основная задача состоит из двух подзадач - первая: определение тепловой мощности, которая выделяется на электронных компонентах, расположенных, по меньшей мере, на одной печатной плате и работающих в рабочем режиме, и вторая: с учетом полученной тепловой мощности определение распределения температур на всех частях портативного электронного устройства.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте раскрывается способ определения распределения температуры в электронном устройстве, включающий в себя этапы, на которых: запускают в рабочем режиме печатную плату с расположенными на ней электронными компонентами электронного устройства; получают, при помощи инфракрасного детектора, термограммы упомянутой печатной платы; обрабатывают, при помощи вычислительного блока, топологию печатной платы с электронными компонентами электронного устройства для получения значений об эффективной теплопроводности печатной платы; определяют, при помощи вычислительного блока, тепловую мощность электронных компонент, расположенных на печатной плате электронного устройства, на основе полученной термограммы и эффективной теплопроводности печатной платы электронного устройства; задают теплофизические свойства материалов, используемых в электронном устройстве; определяют, при помощи вычислительного блока, распределение температуры на всех частях электронного устройства на основе определенной тепловой мощности электронных компонент и заданных теплофизических свойств материалов.

В дополнительных аспектах раскрывается, что запуск печатной платы с расположенными на ней электронными компонентами электронного устройства представляет собой подачу разности потенциалов на входные клеммы печатной платы от источника постоянного тока; рабочий режим печатной платы с расположенными на ней электронными компонентами электронного устройства представляет собой такой режим, в котором в работу вводится только часть электронных компонент; инфракрасный детектор представляет собой тепловизор; термограмма представляет собой тепловой снимок, по меньшей мере, одной нагретой микросхемы; топология печатной платы представляет собой рисунок соединительных проводов, расположенных на соответствующем слое печатной платы; вычислительный блок выполнен с возможностью обработки термограмм, используя последовательность команд на языке программирования Python; вычислительный блок выполнен с возможностью работы под управлением программы инженерного анализа COMSOL®; вычислительный блок выполнен с возможностью численно решать физические задачи, представленные в виде систем(ы) дифференциальных уравнений; вычислительный блок выполнен с возможностью численно решать по меньшей мере одну систему дифференциальных уравнений при помощи метода конечных элементов; вычислительный блок выполнен с возможностью численного решения обратной (инверсной) задачи теплообмена; для решения инверсной задачи теплообмена используется метод градиентного спуска; дополнительно строят посредством вычислительного блока трехмерную модель электронного устройства, и при необходимости восстанавливают целостность геометрии трехмерных моделей, составных частей электронного устройства.

В другом аспекте раскрывается, что машиночитаемый носитель, содержащий исполняемые компьютером команды, которые предписывают компьютеру, содержащему вычислительный блок, осуществлять способ определения распределения температуры в электронном устройстве, включающий в себя этапы, на которых: запускают в рабочем режиме печатную плату с расположенными на ней электронными компонентами электронного устройства; получают, при помощи инфракрасного детектора, термограммы упомянутой печатной платы; обрабатывают, при помощи вычислительного блока, топологию печатной платы с электронными компонентами электронного устройства для получения значений об эффективной теплопроводности печатной платы; определяют, при помощи вычислительного блока, тепловую мощность электронных компонент, расположенных на печатной плате электронного устройства, на основе полученной термограммы и эффективной теплопроводности печатной платы электронного устройства; задают теплофизические свойства материалов, используемых в электронном устройстве; определяют, при помощи вычислительного блока, распределение температуры на всех частях электронного устройства на основе определенной тепловой мощности электронных компонент и заданных теплофизических свойств материалов.

В дополнительных аспектах раскрывается, что обрабатывают полученные термограммы путем преобразования массива пикселей термограммы в цветовую гамму, состоящую из трех цветов: красный, зеленый, синий; полученная цветовая гамма термограммы преобразуется в данные о температуре посредством анализа цветовой шкалы термограммы; массив пикселей термограммы преобразуется в данные о температуре; полученные данные о температуре представляются в виде файла, пригодного для загрузки в программу COMSOL® для проведения численной оптимизации; печатная плата содержит по меньшей мере один слой печатной платы, и каждый слой печатной платы представляется в виде набора пикселей с соответствующей черно-белой цветовой маркировкой; черный цвет соответствует заполнению медью, белый - диэлектриком; эффективная теплопроводность печатной платы представляет собой массив данных, полученных путем усреднения теплопроводности для каждого пикселя на каждом слое печатной платы, с учетом их последовательного и параллельного соединения; осуществляют послойное усреднение теплопроводности путем объединения пикселей в группы; массив данных с эффективной теплопроводностью представляется в виде файла, пригодного для загрузки в программу COMSOL® для проведения численной оптимизации; информация о вычисляемой трехмерной модели объекта хранится в файле в виде списка треугольных граней, которые описывают его поверхность, и их нормалей; на вычисляемой трехмерной модели осуществляется тесселяция; лишняя часть геометрии, полученная в результате тесселяции, удаляется; трехмерную модель свободного пространства электронного устройства получают посредством вычислительного блока, причем получение трехмерной модели свободного пространства электронного устройства осуществляется путем выполнения булевой операции вычитания объема исходной восстановленной и тесселированной геометрии; дополнительно строят, посредством вычислительного блока, трехмерную модель электронного устройства и при необходимости восстанавливают целостность геометрии трехмерных моделей, составных частей электронного устройства.

Задача изобретения решается тем, что сначала экспериментальным путем определяется распределение температуры на печатной плате с расположенными на ней электронными компонентами портативного электронного устройства при помощи инфракрасного детектора - тепловизора. Затем, с помощью специально разработанной программы, проводится обработка полученных термограмм. Обработанные данные представляют собой значения температур в каждой точке печатной платы с электронными компонентами устройства и используются для определения рассеиваемой мощности наиболее нагретых компонент численными методами в коммерческой программе инженерного анализа COMSOL®. Чтобы учесть влияние топологии печатной платы на тепловые процессы в устройстве, также с помощью разработанной программы, определяются значения эффективной теплопроводности. Данные об эффективной теплопроводности печатной платы представляются в форме, позволяющей осуществить их загрузку в программу COMSOL®. Затем, на основе имеющихся данных о свойствах материалов, с учетом начальных и граничных условий, обработанных данных о температуре и эффективной теплопроводности печатной платы портативного устройства, осуществляется численный оптимизационный расчет значений выделяемой тепловой мощности - поиск источников объемного тепловыделения. Источниками объемного тепловыделения портативного электронного устройства будут являться те микросхемы, процессоры и дискретные компоненты, на которых в процессе работы портативного устройства в зависимости от рабочего режима будет выделяться тепловая мощность. Для нахождения этих значений в пакете программ инженерного анализа COMSOL® используется один из математических алгоритмов решения оптимизационных задач математического программирования (SNOPT - sparse nonlinear optimization algorithm), который использует технику метода градиентного спуска.

После того как значения тепловых мощностей найдены, в программе COMSOL® проводится численный расчет системы дифференциальных уравнений, описывающих тепловые процессы в портативном электронном устройстве в рабочем режиме. Найденное решение представляет собой распределение температуры на всех частях портативного электронного устройства.

В основу способа положен численный расчет системы дифференциальных уравнений тепломассообмена способом конечных элементов в коммерческом пакете программ инженерного анализа COMSOL® с использованием экспериментальных данных, обработанных в специально разработанной для этого программе.

Экспериментальными данными являются данные, полученные в результате тепловизионной съемки печатной платы с расположенными на ней электронными компонентами (микросхемы, дискретные компоненты) портативного электронного устройства.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение может быть лучше понято из следующих чертежей:

Фиг. 1A изображает общий вид портативного электронного устройства с размещенной внутри печатной платой, на которой расположены электронные компоненты, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 1В изображает разрез портативного электронного устройства с размещенной внутри печатной платой, на которой расположены электронные компоненты, где электронные компоненты выделяют тепловую мощность в процессе работы портативного электронного устройства в рабочем режиме, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 2 изображает систему измерения температуры на печатной плате портативного электронного устройства от электронных компонент, расположенных на печатной плате и работающих в рабочем режиме, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 3 изображает принцип работы и составные части программного обеспечения, позволяющего проводить обработку полученных термограмм печатной платы портативного электронного устройства, получать значения теплопроводности печатной платы портативного электронного устройства, восстанавливать геометрию трехмерных моделей, составных частей портативного электронного устройства и получать трехмерную модель свободного пространства портативного электронного устройства, не занятого электронными, механическими и прочими частями портативного электронного устройства, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 4 изображает блок-схему способа в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг. 1А показано портативное электронное устройство 100 c расположенной внутри, по меньшей мере, одной печатной платой 102 с электронными компонентами 104, в соответствии с настоящим изобретением. Под портативным электронным устройством подразумевается беспроводное устройство небольших размеров, удобное для ношения при себе, для переноски с одного места на другое, имеющее, по меньшей мере, один химический источник тока, использующееся для приема, записи, хранения и переноса информации и отличающееся от других электронных устройств такими свойствами, как легкость, компактность и мобильность. К таким устройствам относятся мобильные телефоны, планшетные компьютеры, смартфоны, электронные книги, портативные игровые приставки и подобное.

Фиг. 1B показывает разрез портативного электронного устройства 100 с расположенной внутри него печатной платой 102, на которой размещены электронные компоненты 104, работающие в рабочем режиме. Под рабочим режимом портативного электронного устройства 100 подразумевается такой режим, в котором, по меньшей мере, часть электронных компонент 104 в процессе работы выделяет тепловую мощность. Примером рабочего режима может служить воспроизведение аудио- или видеофайлов в мобильном телефоне. В процессе воспроизведения файла на тех электронных компонентах устройства, которые задействованы в преобразовании данных в звук и/или изображение, выделяется тепло. Стрелками на Фиг. 1B показаны пути распространения тепла от нагретых электронных компонент 104 портативного электронного устройства 100.

На Фиг. 2 показана система, позволяющая получать термограммы печатной платы 200 с расположенными на ней электронными компонентами 202 при помощи инфракрасного детектора 204. В процессе работы печатной платы 200 с электронными компонентами 202 в рабочем режиме, на электронных компонентах 202 выделяется тепло, которое регистрируется инфракрасным детектором 204. Термограммы представляют собой данные о распределении температуры на печатной плате 200 от тех электронных компонент 202, которые нагревались в процессе их работы. После фиксации температуры путем фотографирования, полученные термограммы хранятся на сменном носителе информации инфракрасного детектора 204. В стандартную комплектацию инфракрасного детектора входит гибкий кабель 212 данных, позволяющий передавать полученные термограммы на жесткие и сменные носители информации персонального компьютера 206, 208, 210.

На Фиг.3 показан принцип работы программы 300 цифровой обработки данных, написанной на языке программирования Python. Программа 300 представляет собой набор специальных компьютерных команд, которые выполняются по определенному алгоритму. Программа 300 ассоциирована с блоком 302 обработки термограмм печатной платы с расположенными на ней электронными компонентами портативного электронного устройства, блоком 304 обработки топологии печатной платы с целью получения значений об эффективной теплопроводности печатной платы, блоком 306 восстановления целостности геометрии трехмерных моделей составных частей портативного электронного устройства, блоком 308 получения трехмерной модели свободного пространства портативного электронного устройства, не занятого электронными, механическими и прочими частями портативного электронного устройства.

Под целостностью геометрии понимается отсутствие геометрических ошибок построения в трехмерной модели портативного электронного устройства. Примеры геометрических ошибок построения в трехмерной модели: отсутствие замкнутости контуров, образующих единую поверхность, или наличие короблений/изломов поверхностей.

Трехмерная модель портативного электронного устройства представляет собой точную цифровую (виртуальную) копию реального устройства и состоит из таких же частей, что и реальное устройство. Блок 306 на Фиг. 3 используется для восстановления целостности геометрии (устранения геометрических ошибок построения), упрощения геометрии. Упрощение геометрии (устранение из конструкции малозначительных элементов конструкции - фаски, скругления и подобное) позволяет построить качественную расчетную сетку, что позволяет снизить временные затраты на расчет, поскольку речь идет о численном решении дифференциальных уравнений. В свою очередь качественная расчетная сетка позволяет снизить временные затраты на расчет и повысить точность расчета. Точность расчета, по сути, есть компромисс между качеством расчетной сетки, машинными ресурсами (мощностью и объемом оперативной памяти компьютера) и временем расчета с условием, что все необходимые данные о свойствах материалов есть в наличии. Высокая точность результатов требует качественной расчетной сетки, что в свою очередь приводит к использованию больших машинных ресурсов и длительному времени счета. Одной из причин нарушения целостности геометрии являются ошибки преобразования данных из различных форматов.

Упрощение геометрии трехмерных моделей при помощи программы 300 в блоке 306 осуществляется в несколько этапов. Данные о трехмерной модели объекта хранятся в файле в виде списка треугольных граней, которые описывают его поверхность, и их нормалей. Сначала проводится тесселяция модели с помощью гексаэдров необходимого размера. После чего лишняя часть геометрии, полученная в результате тесселяции, удаляется. Для сокращения времени восстановления и упрощения трехмерных моделей в блоке 306 реализован многопоточный режим.

В принципе, восстановление и упрощение геометрии может использоваться как опция. Например, в случае, если в одной или многих трехмерных моделях электронного устройства имеются геометрические ошибки построения или требуется упростить одну и более моделей, то прежде, чем построить на этих моделях качественную расчетную сетку, их необходимо обработать в блоке 306. Если же трехмерные модели портативного электронного устройства геометрически простые, не требующие дополнительной обработки, или восстановление и упрощение можно быстро осуществить при помощи стороннего программного обеспечения, и как результат на геометрии можно быстро построить качественную расчетную сетку, то можно не использовать блок 306.

На Фиг.4 представлено графическое представление заявленного способа, в котором печатную плату с электронными компонентами 400 запускают в рабочем режиме. Под запуском понимается подача на входные клеммы печатной платы, с расположенными на ней электронными компонентами, напряжения питания от источника постоянного тока с заданным значением напряжения. После того, как температура на печатной плате достигнет своего стационарного значения, т.е. не будет меняться во времени, при помощи инфракрасного детектора 402, в частности инфракрасной камеры, получают термограммы. Полученные термограммы 404 переносят на компьютер для дальнейшей их обработки в программе 410. Кроме того, в программе 410 проводится обработка данных 406 о топологии печатной платы и данных 408 о трехмерных моделях. Результатом обработки данных 404, 406 и 408 являются преобразованные значения 412 температуры, значения 414 эффективной теплопроводности печатной платы, восстановленная геометрия 416 трехмерных моделей портативного устройства и трехмерная модель 418 свободного пространства портативного электронного устройства. После чего полученные данные 412, 414, 416, 418 загружаются в коммерческую программу COMSOL® 420 для проведения численного оптимизационного расчета 422, позволяющего получить тепловые мощности 424 наиболее нагретых микросхем, процессоров и дискретных компонент.

Тепловые мощности электронных компонент необходимо получить для того, чтобы найти распределение температуры на каждой части портативного устройства, тогда как инфракрасный детектор позволяет отображать только распределение температуры и только на поверхности объекта.

Полученные в результате численного оптимизационного расчета тепловые мощности 424 используются в численном расчете системы дифференциальных уравнений, описывающих тепловые процессы в портативном электронном устройстве, в программе 426 в целях получения распределения 428 температуры на всех частях портативного электронного устройства.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем: зная распределение температуры на поверхностях печатной платы, функционирующей в рабочем режиме, и электронных компонентах портативного устройства (определяется экспериментально при помощи тепловизора (инфракрасного детектора)), численно определяют значения тепловой мощности нагретых компонент, и если печатная плата расположена в корпусе портативного устройства, численно определяют температуру в каждой точке объема всего устройства. Изменяя теплофизические свойства материалов, в программе, где проводится численный расчет, можно определять распределение температуры на каждой части портативного электронного устройства при найденных тепловых мощностях. Т.е. по сути можно определять, как изменится температура в каждой точке устройства в зависимости от свойств того или иного материала.

Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.

В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации способа, но специалисту в области техники должно быть понятно, что сущность изобретения не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, и поэтому для осуществления изобретения могут быть использованы любые программные и аппаратные средства, известные в уровне техники. Так аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых сигнальных процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютерах либо комбинации вышеозначенного.

Хотя отдельно не упомянуто, но очевидно, что когда речь идет о хранении данных, программ и т.п., подразумевается наличие машиночитаемого носителя данных, примеры машиночитаемых носителей данных включают в себя постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические носители и оптические носители, такие как диски CD-ROM и цифровые универсальные диски (DVD), а также любые другие известные в уровне техники носители данных.

Изобретение относится к компьютерному анализу и проектированию, а более конкретно связано со способами теплового анализа портативных электронных устройств. Техническим результатом является повышение точности определения распределения температуры на всех частях портативного электронного устройства. Технический результат достигается за счет способа определения распределения температуры в электронном устройстве, включающем в себя этапы, на которых: запускают в рабочем режиме печатную плату с расположенными на ней электронными компонентами электронного устройства; получают, при помощи инфракрасного детектора, термограммы упомянутой печатной платы; обрабатывают, при помощи вычислительного блока, топологию печатной платы с электронными компонентами электронного устройства для получения значений об эффективной теплопроводности печатной платы; определяют, при помощи вычислительного блока, тепловую мощность электронных компонент, расположенных на печатной плате электронного устройства, на основе полученной термограммы и эффективной теплопроводности печатной платы электронного устройства; определяют, при помощи вычислительного блока, распределение температуры на всех частях электронного устройства. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ определения распределения температуры в электронном устройстве, включающий в себя этапы, на которых:
запускают в рабочем режиме печатную плату с расположенными на ней электронными компонентами электронного устройства;
получают, при помощи инфракрасного детектора, термограммы упомянутой печатной платы;
обрабатывают, при помощи вычислительного блока, топологию печатной платы с электронными компонентами электронного устройства для получения значений об эффективной теплопроводности печатной платы, представляющей собой массив данных, полученных путем усреднения теплопроводности для каждого пикселя термограммы на каждом слое печатной платы, с учетом их последовательного и параллельного соединения;
определяют, при помощи вычислительного блока, тепловую мощность электронных компонент, расположенных на печатной плате электронного устройства, на основе полученной термограммы и упомянутой эффективной теплопроводности печатной платы электронного устройства;
задают теплофизические свойства материалов, используемых в электронном устройстве;
определяют, при помощи вычислительного блока, распределение температуры на всех частях электронного устройства на основе определенной тепловой мощности электронных компонент и заданных теплофизических свойств материалов.

2. Способ по п. 1, в котором запуск печатной платы с расположенными на ней электронными компонентами электронного устройства представляет собой подачу разности потенциалов на входные клеммы печатной платы от источника постоянного тока.

3. Способ по п. 1, в котором рабочий режим печатной платы с расположенными на ней электронными компонентами электронного устройства представляет собой такой режим, в котором в работу вводится только часть электронных компонент.

4. Способ по п. 1, в котором инфракрасный детектор представляет собой тепловизор.

5. Способ по п. 1, в котором термограмма представляет собой тепловой снимок, по меньшей мере, одной нагретой микросхемы.

6. Способ по п. 1, в котором топология печатной платы представляет собой рисунок соединительных проводов, расположенных на соответствующем слое печатной платы.

7. Способ по п. 1, в котором вычислительный блок выполнен с возможностью обработки термограмм, используя последовательность команд на языке программирования Python.

8. Способ по п. 1, в котором вычислительный блок выполнен с возможностью работы под управлением программы инженерного анализа COMSOL®.

9. Способ по п. 8, в котором вычислительный блок выполнен с возможностью численно решать физические задачи, представленные в виде систем(ы) дифференциальных уравнений.

10. Способ по п. 8, в котором вычислительный блок выполнен с возможностью численно решать по меньшей мере одну систему дифференциальных уравнений при помощи метода конечных элементов.

11. Способ по п. 1, в котором вычислительный блок выполнен с возможностью численного решения обратной (инверсной) задачи теплообмена.

12. Способ по п. 11, в котором для решения инверсной задачи теплообмена используется метод градиентного спуска.

13. Способ по п. 1, в котором дополнительно строят, посредством вычислительного блока, трехмерную модель электронного устройства и при необходимости восстанавливают целостность геометрии трехмерных моделей составных частей электронного устройства.

14. Машиночитаемый носитель, содержащий исполняемые компьютером команды, которые предписывают компьютеру, содержащему вычислительный блок, осуществлять способ определения распределения температуры в электронном устройстве, включающий в себя этапы, на которых:
запускают в рабочем режиме печатную плату с расположенными на ней электронными компонентами электронного устройства;
получают, при помощи инфракрасного детектора, термограммы упомянутой печатной платы;
обрабатывают, при помощи вычислительного блока, топологию печатной платы с электронными компонентами электронного устройства для получения значений об эффективной теплопроводности печатной платы, представляющей собой массив данных, полученных путем усреднения теплопроводности для каждого пикселя термограммы на каждом слое печатной платы, с учетом их последовательного и параллельного соединения;
определяют, при помощи вычислительного блока, тепловую мощность электронных компонент, расположенных на печатной плате электронного устройства, на основе полученной термограммы и упомянутой эффективной теплопроводности печатной платы электронного устройства;
задают теплофизические свойства материалов, используемых в электронном устройстве;
определяют, при помощи вычислительного блока, распределение температуры на всех частях электронного устройства на основе определенной тепловой мощности электронных компонент и заданных теплофизических свойств материалов.

15. Машиночитаемый носитель по п. 14, в котором обрабатывают полученные термограммы путем преобразования массива пикселей термограммы в цветовую гамму, состоящую из трех цветов: красный, зеленый, синий.

16. Машиночитаемый носитель по п. 15, в котором полученная цветовая гамма термограммы преобразуется в данные о температуре посредством анализа цветовой шкалы термограммы.

17. Машиночитаемый носитель по п. 15, в котором массив пикселей термограммы преобразуется в данные о температуре.

18. Машиночитаемый носитель по п. 17, в котором полученные данные о температуре представляются в виде файла, пригодного для загрузки в программу COMSOL® для проведения численной оптимизации.

19. Машиночитаемый носитель по п. 14, в котором печатная плата содержит по меньшей мере один слой печатной платы, и каждый слой печатной платы представляется в виде набора пикселей с соответствующей черно-белой цветовой маркировкой.

20. Машиночитаемый носитель по п. 19, в котором черный цвет соответствует заполнению медью, белый - диэлектриком.

21. Машиночитаемый носитель по п. 14, в котором послойное усреднение теплопроводности осуществляют путем объединения пикселей в группы.

22. Машиночитаемый носитель по п. 14, в котором массив данных с эффективной теплопроводностью представляется в виде файла, пригодного для загрузки в программу COMSOL® для проведения численной оптимизации.

23. Машиночитаемый носитель по п. 14, в котором информация о вычисляемой трехмерной модели объекта хранится в файле в виде списка треугольных граней, которые описывают его поверхность, и их нормалей.

24. Машиночитаемый носитель по п. 23, в котором на вычисляемой трехмерной модели осуществляется тесселяция.

25. Машиночитаемый носитель по п. 24, в котором лишняя часть геометрии, полученная в результате тесселяции, удаляется.

26. Машиночитаемый носитель по п. 14, в котором получают, посредством вычислительного блока, трехмерную модель свободного пространства электронного устройства, причем получение трехмерной модели свободного пространства электронного устройства осуществляется путем выполнения булевой операции вычитания объема исходной восстановленной и тесселированной геометрии.

27. Машиночитаемый носитель по п. 14, в котором дополнительно строят, посредством вычислительного блока, трехмерную модель электронного устройства, и при необходимости восстанавливают целостность геометрии трехмерных моделей составных частей электронного устройства.