BETAsoft

Program de analiză termică şi de fiabilitate a sistemelor electronice

De Paul SVASTA, Daniel LEONESCU, Norocel-Dragoş CODREANU, Ciprian IONESCU, Virgil GOLUMBEANU

Programul BETAsoft al firmei nord-americane Dynamic Soft Analysis, Inc. este destinat analizei termice şi de fiabilitate a sistemelor electronice considerându-se trei nivele de detaliere: componente electronice, plăci de circuit imprimat echipate şi ansambluri de plăci ("rack-uri"). Programul a câştigat numeroşi adepţi datorită uşurinţei în utilizare şi a rapidităţii calculului în condiţiile unei precizii mulţumitoare. Actualmente există versiuni ale programului care rulează atât sub Windows cât şi sub UNIX.

Mai mult de 50% din defectele care apar la produsele electronice au la bază abordarea superficială sau chiar eludarea aspectelor referitoare la solicitările de tip termic. În aceste condiţii, analiza termică a sistemelor electronice, înainte de punerea lor în fabricaţie, devine o condiţie esenţială a proiectării moderne. Evidenţierea şi apoi eliminarea comportamentului necorespunzător la încălzire al unui prototip poate salva ulterior fabricantul de a depune un efort suplimentar substanţial pentru a corecta efectul dăunător al supraîncălzirii.

Actualmente pe plan mondial, mai multe firme producătoare de software realizează instrumente ce permit evaluarea şi corectarea problemelor de natură termică cu care se confruntă proiectantul de sisteme electronice din diverse domenii ale ingineriei: telecomunicaţii, aviaţie, auto, industria spaţială, măsurare şi control, computere, medicină, surse de alimentare, etc. Printre acestea se numără şi firma americană Dynamic Soft Analysis, Inc. al cărei produs, BETAsoft, s-a impus ca unul din liderii analizei termice şi de fiabilitate. Numeroase instituţii sau firme puternice, cu tradiţie, se numără printre utilizatorii pachetului BETAsoft: NASA, IBM, Lockheed, AMD, Martin Marietta, Intel, Rockwell International, Grumann Aircraft, McDonnell Douglas, Mercedes-Benz, Boeing, Naval Air Warfare Center, Texas Instruments, British Telecom, etc.

BETAsoft a devenit unul dintre cele mai populare programe de analiză termică datorită caracteristicilor sale remarcabile:

• uşurinţă în utilizare;
• analiză termică 3D, rapidă şi precisă: pentru o placă cu 100 de componente timpul de lucru este de aproximativ 12 sec. (procesor 486DX2/66Mhz) în condiţiile unei precizii mai bune de 10%;
• considerarea tuturor mecanismelor de transfer termic: convecţie, conducţie, radiaţie;
• bibliotecă ce cuprinde peste 2500 de componente ("part-uri") pe care proiectantul o poate modifica sau expanda după propriile sale necesităţi; introducerea unei noi componente în bibliotecă se poate realiza printr-o specificare funcţională, cu ajutorul unui "wizard";
• analiza este îndreptată către o paletă largă de aplicaţii, supuse unor condiţii de mediu din cele mai variate;
• interfaţare cu o gamă largă de produse CAD: CADSTAR, MENTOR, VALID, CADENCE, PADS, TANGO, ORCAD, INTERGRAPH, AUTOCAD, PROTEL, EEDesigner III, SCICARDS, P-CAD, etc.;
• portabilitate: suport DOS, WINDOWS, UNIX ( Sun & HP );

În plus, BETAsoft permite realizarea unei analize de fiabilitate avansate în concordanţă cu specificaţiile unor standarde militare.

1. Modulele programului BETAsoft

Pachetul de programe BETAsoft poate realiza analiza termică la nivel de:

• sistem de plăci ("rack"), prin modulul BETAsoft-S;
• placă de circuit imprimat echipată, prin modulul BETAsoft-R;
• componentă, prin modulul BETAsoft-C.

Importul de fişiere se realizează cu ajutorul modulului CAD INTEGRATOR. Între aceste patru module se interpune un program de managerizare: BETAsoft-M (figura 1).

Programul de analiză termică la nivel de placă de circuit imprimat echipată (PCB), BETAsoft-R, reprezintă componenta centrală a pachetului. Acest lucru este evidenţiat şi de faptul că doar prin acest modul se realizează interfaţarea întregului ansamblu software cu alte produse CAD. De asemenea, programul este răspunzător de evaluările de fiabilitate pentru fiecare componentă în parte sau pentru întregul sistem. Analiza termică determină temperatura capsulei componentelor iar pentru dispozitivele microelectronice oferă şi valoarea temperaturii joncţiunii. De asemenea, programul furnizează harta termică a plăcii. Analiza termică are la bază considerarea a numeroşi factori constructivi şi de mediu:

• modelarea efectelor gravitaţiei, presiunii şi temperaturii aerului, direcţiei curentului de aer;
• analiza plăcilor cu mai multe straturi, de forme neregulate, la mijlocul sau la marginea rack-ului, prevăzute cu şuruburi de prindere, radiatoare termice sau ventilatoare, aflate în compartimente închise sau în aer liber, orientate orizontal sau vertical;
• fluxul de aer poate fi natural, forţat sau combinat: determinat atât de ventilatoare cât şi de convecţia naturală;
• viteza aerului poate fi diferită pe cele două feţe ale plăcii;
• efectele radiante sunt considerate pentru fiecare componentă în parte precum şi pentru placă (suportul mecanic al interconectării);
• precizarea condiţiilor termice la frontieră;
• componentelor electronice li se pot ataşa ventilatoare, radiatoare sau pad-uri de conducţie;
• prezenţa în interiorul sau pe suprafaţa plăcilor a unor regiuni metalice (în mod obişnuit trasee sau arii de cupru) care pot favoriza evacuarea căldurii.

În urma analizei termice, proiectantul poate lua decizii cu privire la dimensiunile şi forma plăcii, distanţa dintre plăci (sau dintre placă şi carcasă pentru un sistem închis), plasarea componentelor pe placă, oportunitatea utilizării ventilatoarelor şi/sau radiatoarelor termice. Pe baza calculului termic se realizează apoi analiza de fiabilitate care estimează rata de defectare la un milion de ore de funcţionare a fiecărei componente precum şi timpul mediu între două defectări pentru întreaga placă. Calculele de fiabilitate urmăresc, în principal, specificaţiile din standardul militar MIL-HDBK-217E precum şi unele observaţii cuprinse în standardele MIL-M-38510, MIL-STD-975, MIL-STD-1547, MIL-STD-843, MIL-R-10509/22684. Parametrii de fiabilitate ai componentelor sunt preluaţi din bibliotecă. Ei depind foarte puternic de tehnologia de fabricaţie. Pentru o bună estimare a fiabilităţii sistemului, proiectantul poate impune o serie de factori care depind de condiţiile de mediu (de la cele mai "blânde" la cele mai "dure"), calitatea componentei (de la seria comercială la cele mai exigente standarde militare), tensiunea de alimentare, puterea disipată.

Blocul de interfaţă cu alte programe de proiectare asistată, CAD INTEGRATOR, poate realiza importul de fişiere-placă realizate cu ajutorul celor mai cunoscute pachete software din domeniu. În acest fel sunt preluate de către modulul BETAsoft-R informaţiile referitoare la dimensiunile geometrice ale plăcii, poziţia şi tipul componentelor. Parametrii caracteristici unei componente care nu pot fi extraşi din fişierul furnizat de programul CAD (cum ar fi: puterea disipată, înălţimea capsulei, rezistenţa termică dintre capsulă şi cipul de siliciu) primesc valori predefinite care, eventual, vor putea fi modificate manual de către utilizator folosind opţiunile programului de analiză. Acest inconvenient poate fi înlăturat dacă proiectantul are grijă să utilizeze în etapa de plasare numai componente fizice ("part-uri"); în această situaţie programul de analiză va folosi propria biblioteca de componente pentru a stabili valorile exacte ale parametrilor pentru fiecare componentă în parte. Pentru cazul când există totuşi pe placă componente introduse ca simboluri cărora li s-a specificat o capsulă, programul de integrare foloseşte o bibliotecă de capsule (modificabilă sau expandabilă de către utilizator) din care se pot extrage informaţii suficiente pentru o caracterizare satisfăcătoare a componentei.

Modulul BETAsoft-C consideră o structură internă complexă, 3D, a componentei electronice. Temperatura ambiantă şi condiţiile de transfer termic pot fi considerate separat pentru fiecare suprafaţă a componentei. Aceste informaţii pot fi preluate direct ca rezultat al analizei plăcii în blocul BETAsoft-R. Programul simulează schimbul termic prin terminale şi prin radiatoare. Analiza termică se face în regim staţionar sau tranzitoriu; proiectantul poate descrie evoluţia în timp a până la 12 surse de putere independente. O facilitate deosebită este reprezentată de posibilitatea introducerii oriunde în volumul componentei a unor senzori care vor monitoriza variaţia locală a temperaturii şi a impedanţei termice. Utilitatea programului este deosebit de relevantă în special în cazul dispozitivelor de putere, MCM, circuite hibride, circuite de microunde. Viteza de calcul este mare datorită utilizării analizei cu diferenţe finite. În figura 2 este înfăţişat rezultatul analizei termice pentru un tranzistor de putere. Sursa de putere este reprezentată de însuşi cipul de siliciu. Harta termică este afişată, la cererea utilizatorului, pentru fiecare strat în parte; în figură este reprezentată harta termică pentru stratul pe care se găseşte cipul de siliciu. Se remarcă posibilitatea de a vizualiza temperatura în diferite secţiuni verticale.

Figura 3 prezintă curba de variaţie în timp a temperaturii pentru un senzor plasat la extremitatea cipului de siliciu. Pe acest grafic este foarte bine pusă în evidentă inerţia termică a materialului din care este realizat tranzistorul.

Programul de analiză termică a întregului sistem, BETAsoft-S, oferă proiectantului posibilitatea de a decide asupra strategiei de menţinere a sistemului la o temperatură adecvată, în condiţiile maximizării densităţii componentelor pe placă. Modelarea condiţiilor de funcţionare include dimensiunile plăcilor şi ale carcasei, numărul de nivele pe care sunt dispuse plăcile, temperatura şi umiditatea aerului, viteza vântului, radiaţia solară, distribuţia de putere pentru fiecare placă, convecţia forţată, efectul de horn pentru rack-uri supraetajate, prezenţa radiatoarelor termice şi a ventilatoarelor, conductivitatea termică şi emisivitatea fiecărui perete al carcasei, etc. Pentru fiecare placă în parte programul furnizează temperaturile capsulelor în concordanţă cu distribuţia de putere impusă. În urma analizei, proiectantul poate lua decizii cu privire la dimensiunile totale ale sistemului, ordinea de plasare a plăcilor şi distanţa dintre ele, natura materialului din care este executată carcasa, utilizarea sau nu a ventilatoarelor şi/sau radiatoarelor termice. De asemenea, programul oferă condiţiile de mediu pentru fiecare placă în parte necesare analizei cu modulul BETAsoft-R. În figura 4 este înfăţişat un exemplu de afişare a rezultatului analizei termice pentru un nivel dintr-un rack supraetajat.

Schimbul de date între modulele pachetului BETAsoft este supervizat de către blocul BETAsoft-M. Transferul de informaţii se face prin intermediul blocului de analiză la nivel de placă în felul următor:

• de la Betasoft-R către Betasoft-C;
• între Betasoft-R şi Betasoft-S bidirecţional;
• de la CAD Integrator către Betasoft-R.

O simulare amănunţită a unui sistem electronic presupune parcurgerea, în cele mai multe cazuri de mai multe ori, a unei bucle între modulele de analiză la diferite nivele.

Deoarece modulul BETAsoft-R reprezintă componenta cea mai des utilizată a pachetului, în continuare se va realiza o prezentare amănunţită a acestuia.

2. Modulul de analiză termică şi de fiabilitate a plăcilor echipate, BETAsoft-R

O sesiune de lucru cu programul BETAsoft-R începe prin specificarea de către proiectant a dimensiunilor plăcii şi a poziţiei şi tipului componentelor. Această primă etapă poate fi parcursă în două moduri:

1. manual - utilizatorul introduce lungimea şi lăţimea plăcii şi defineşte eventualele decupaje în placă. După aceasta, începe procesul de plasare a componentelor folosind biblioteca oferită de program. Dacă proiectantul nu-şi regăseşte propriile componente în bibliotecă, are posibilitatea de a crea noi componente sau a le modifica pe cele existente. Asupra acestui lucru se va reveni.
2. automat - reprezintă calea obişnuită de introducere a datelor iniţiale. Blocul de interfaţă cu alte programe CAD se poate utiliza în două moduri:

• normal - utilizatorul nu intervine cu nimic în procesul de extragere a datelor din fişierul creat de către programul CAD (pentru sistemul CADSTAR este vorba de fişierul de tip ".CDI"). Acest mod de lucru este de preferat în cazul în care proiectantul de PCB a folosit "part-uri" care pot fi regăsite şi în biblioteca BETAsoft. Interpretarea efectivă a denumirilor componentelor fizice de pe placă se face la nivelul blocului BETAsoft-R printr-o comandă adecvată ("Cross-Match").
• avansat - utilizatorul are posibilitatea să apeleze la o bibliotecă de forme de capsule ("shape-lib"), proprie programului de integrare, pentru cazul în care nu a folosit componente fizice. Această bibliotecă poate fi şi ea la rândul ei modificată sau expandată după nevoile proiectantului. În acest fel se poate introduce automat cea mai mare parte din caracteristicile unei componente fără ca ea să fie specificată ca atare. Evident, parametrii care nu au putut fi "potriviţi" de către integrator (şi care au primit valori predefinite) vor trebui introduşi manual.

Biblioteca de componente a programului BETAsoft cuprinde un număr de 2500 de componente caracterizate din punct de vedere geometric, termic şi al fiabilităţii. Se pot adăuga noi componente, programul oferind în acest sens utilizatorului două variante:

1. introducerea efectivă a parametrilor de la tastatură;
2. stabilirea parametrilor pe baza descrierii structurale şi funcţionale a componentei. În acest caz, proiectantul este chestionat cu privire la caracteristicile componentei (tipul capsulei, numărul de pini, tehnologia de fabricaţie, tipul funcţional , etc.) după care programul stabileşte parametrii optimi. Acest mod de introducere a parametrilor se recomandă atunci când utilizatorul nu dispune de informaţii amănunţite despre componenta folosită.

O componentă din bibliotecă este caracterizată de următorii parametrii ce se referă atât la comportamentul termic cât şi la caracteristicile de fiabilitate:

• clasa - se referă la tipul capsulei (figura 5):

1. DIP;
2. SMD, pinii pe patru laturi, expuşi fluxului de aer;
3. SMD, pinii pe patru laturi, parţial expuşi fluxului de aer;
4. SMD, pinii pe patru laturi, neexpuşi fluxului de aer;
5. SMD, pinii pe două laturi;

• dimensiunea capsulei pe direcţia X sau diametrul capsulei;
• dimensiunea capsulei pe direcţia Y sau -.1 pentru o capsulă circulară;
• dimensiunea capsulei pe direcţia Z;
• puterea disipată;
• distanţa dintre partea cea mai de jos a capsulei şi placă;
• coeficientul de emisivitate al capsulei;
• rezistenţa termică joncţiune-capsulă (°C/W);
• numărul de pini;
• grosimea pinilor;
• lăţimea pinilor;
• lungimea pinilor;
• conductivitatea termică a pinilor sau a capsulei (Btu/hrft°F);
• rezistenţa termică radiator-aer (°C/W) la o viteză a aerului de 3 ft/s;
• rezistenţa termică radiator-aer (°C/W) la o viteză a aerului de 10 ft/s;
• tehnologia de realizare a componentei (CMOS, NMOS, TTL, ASTTL, etc.);
• coeficientul de complexitate (pentru circuite integrate) sau raportul putere de operare/putere nominală (pentru rezistoare) sau raportul tensiune de operare / tensiune nominală (pentru condensatoare);
• coeficientul de stress termic (numai pentru circuite integrate);
• tensiunea de alimentare.

Observaţii:

• toate dimensiunile geometrice trebuiesc precizate în inch;
• 1 Btu/hrft°F = 1,73 W/m°°C;

Pasul imediat următor constă în specificarea caracteristicilor plăcii (figura 6). Programul consideră că placa este constituită dintr-un "sandwich" de trei straturi, straturile 1 şi 3 fiind obligatoriu din acelaşi material. Grosimile straturilor se pot seta independent putând lua chiar valoarea zero. Dacă utilizatorul consideră că pe anumite zone, aparţinând oricărui strat, propagarea căldurii este favorizată şi eventual diferită pe cele două axe de coordonate, poate introduce constrângeri locale referitoare la coeficientul de conducţie termică sau la anizotropia din punct de vedere termic a zonei respective. De exemplu, o astfel de zonă se poate constitui acolo unde există pe placă o concentrare semnificativă de trasee de cupru paralele. Coeficientul de conducţie termică poate fi modificat local prin specificarea proporţiei în care se găseşte metalul (traseele) în zona respectivă. Anizotropia se exprimă prin raportul dintre coeficienţii de conducţie termică pe Ox, respectiv pe Oy. De asemenea, proiectantul poate specifica condiţiile de frontieră pentru fiecare latură a plăcii în parte; implicit se consideră că placa se găseşte pe întreg perimetrul în contact cu aerul.

Condiţiile de mediu în care se găseşte placa pot fi din cele mai variate. Figurile 7 şi 8 prezintă tocmai ferestrele de introducere a parametrilor de mediu. Tot acum utilizatorul poate seta numărul de iteraţii pe care să le execute programul de analiză precum şi acurateţea calculului. Analiza se va termina dacă s-a ajuns la precizia dorită sau dacă s-a executat numărul de iteraţii impus. Capacitatea maximă de analiză merge până la 600 de componente pe fiecare faţă a plăcii în condiţiile în care se folosesc cel mult 400 de tipuri diferite de componente.

Concluzionând, pentru a realiza analiza unei plăci echipate este nevoie de următoarele date de intrare:

1. fişierul provenit de la unul din produsele CAD cu care se interfaţează BETAsoft-ul (opţional);
2. lista parts-urilor folosite (de preferat);
3. precizarea configuraţiei sistemului: deschis / închis;
4. poziţia plăcii: orizontal sau vertical;
5. poziţia plăcii în rack: în interior, la marginea din stânga, la marginea din dreapta sau placa este singură;
6. distanţa faţă de plăcile adiacente sau faţă de pereţii carcasei;
7. plăcile adiacente au componente pe ambele feţe sau numai pe o faţă;
8. puterea disipată totală a componentelor de pe plăcile adiacente;
9. dimensiunea ghidajelor plăcii;
10. viteza aerului (ft/min) - poate fi diferită pentru cele două feţe ale plăcii;
11. direcţia din care curge fluxul de aer: stânga, dreapta, sus, jos;
12. temperatura aerului (°C);
13. temperatura pereţilor carcasei (°C);
14. coeficientul de emisivitate a plăcii (° 0..1);
15. coeficientul de emisivitate al plăcilor adiacente (° 0..1);
16. presiunea aerului (atm);
17. umiditatea aerului (%);
18. constanta gravitaţională (unităţi "g");
19. puterea disipată şi factorul de calitate pentru fiecare componentă;
20. condiţiile de frontieră pentru fiecare latură a plăcii: lungimea segmentului de contact, rezistenţa termică de contact (°C°in/W), temperatură (°C);
21. grosimea fiecărui strat al plăcii (maxim 3 straturi);
22. conductivitatea termică a plăcii (W/in°°C) - straturile 1 şi 3;
23. conductivitatea termică a porţiunilor metalice (W/in°°C) - straturile 1 şi 3;
24. conductivitatea termică a plăcii (W/in°°C) - stratul 2;
25. conductivitatea termică a porţiunilor metalice (W/in°°C) - stratul 2;
26. procentul volumic de metal, local;
27. poziţia pe fiecare strat al plăcii a suprafeţelor având proprietăţi de conducţie termică speciale.

Numărul de parametrii ce trebuiesc introduşi pentru o analiză termică şi de fiabilitate a unei plăci de circuit imprimat echipate pare a fi foarte mare dar numai în acest fel se poate garanta acurateţea rezultatelor obţinute.

În urma analizei, utilizatorul poate studia două categorii de rezultate: termice şi de fiabilitate. Harta termică prezintă temperatura la suprafaţa plăcii precum şi temperatura fiecărei componente (figura 9). Pentru componentele microelectronice se calculează două temperaturi: a capsulei şi a cipului de siliciu (joncţiunii).

Placa prezentată ca exemplu în figurile 9 şi 10 se învecinează la marginea de jos cu un corp având temperatura mai ridicată decât a mediului înconjurător. Mediul în care lucrează placa este deschis, în partea stângă a plăcii fiind plasat un ventilator. Prezenţa ventilatorului este evidenţiată pe figura 10 prin deplasarea semnificativă a frontului termic în partea din stânga a plăcii.

Temperatura fiecărei componente se poate afla foarte simplu prin selecţia ei cu ajutorul mouse-ului sau prin inspecţia fişierului de ieşire de tip text în care apare un tabel cu rezultate ale calculelor termice şi de fiabilitate pentru toate componentele de pe placă. În plus, fişierul de ieşire furnizează un tabel cu valorile temperaturii plăcii în puncte succesive aparţinând unui segment vertical, la jumătatea plăcii, de jos în sus. Acest tabel poate fi apoi prelucrat cu ajutorul unui program de reprezentare grafică prin puncte astfel încât să se obţină un profil de temperatură pentru placă (figura 11, pentru placa din figura 10). De asemenea, fişierul de ieşire prezintă într-un mod sintetic totalitatea parametrilor geometrici, de mediu, etc. care intervin în analiza termică şi de fiabilitate.

Analiza de fiabilitate este realizată, conform standardului MIL-HDBK 217E, pentru trei clase principale de componente:

• rezistoare;
• condensatoare;
• dispozitive microelectronice.

Formulele utilizate în calcul sunt, în cea mai mare parte, de tip empiric. Parametrii care intervin în aceste formule sunt:

° pentru componente microelectronice:

• PQ - factorul de calitate (figura 12); cu cât calitatea componentei este mai bună cu atât valoarea sa este mai mică;
• PA - factor de învăţare (figura 12); are valori mari pentru prototipuri şi valori mici pentru componente verificate pe piaţă;
• C1 - factorul de complexitate; creşte cu numărul de porţi;
• PT - factorul de accelerare termică; creşte exponenţial cu temperatura joncţiunii; depinde de factorul de stress termic, A;
• PV - factorul de stress datorat tensiunii de alimentare;
• C2 - factorul de complexitate al capsulei; se calculează pe baza clasei capsulei şi a numărului de pini;
• PE - factorul de mediu (figura 13);

° pentru rezistoare:

• FRb - rata de defectare de bază (parametru empiric); depinde de temperatura rezistorului şi de raportul dintre puterea disipată şi puterea nominală;
• PE - factorul de mediu;
• PR - factor dependent de valoarea rezistorului;
• PQ - factorul de calitate;

° pentru capacitoare:

• FRb - rata de defectare de bază ( parametru empiric ); depinde de temperatura capacitorului şi de raportul dintre tensiunea de operare şi tensiunea nominală;
• PE - factorul de mediu;
• PQ - factorul de calitate;
• PCV - factor dependent de valoarea capacitorului;

Rezultatul analizei de fiabilitate este prezentat sub forma unei hărţi în care fiecare componentă este caracterizată de numărul de defecte la un milion de ore de funcţionare (figura 14). Pe baza valorilor specifice fiecărei componete în parte, programul realizează o estimare a timpului mediu între două defecte (M.T.B.F. - Mean Time Between Failures) pentru întrega placă.

Citirea rezultatelor analizei de fiabilitate se poate face direct pe harta de fiabilitate cu ajutorul mouse-ului (de exemplu, în figura 14 pentru componenta U9). De asemenea, utilizatorul are la dispoziţie şi tabelul din fişierul de ieşire.

Exemplul următor prezintă analiza termică şi de fiabilitate realizată pentru o placă de cablaj imprimat echipată a cărei proiectare a fost realizată cu ajutorul programului CADSTAR şi importată în BETAsoft prin intermediul modulului CAD INTEGRATOR. Condiţiile de mediu impuse de către utilizator determină o evidentă solicitare termică a plăcii: sistem închis (nu există ventilaţie forţată), temperatura aerului de 45°C, temperatura pereţilor carcasei de 45°C, învecinarea cu un corp mai cald (60°C) pe una din laturi. Figura 15 înfăţisează placa aşa cum apare ea în programul CADSTAR.

Pentru o analiza primară a plăcii s-au folosit circuite integrate digitale realizate in tehnologia TTL-AS. Rezultatul analizei de fiabilitate, într-un mediu de tip A-UF ("Air Uninhab. Fighter", conform standardului MIL-HDBK 217E), a fost satisfăcător dar analiza termică a evidenţiat o încălzire maximă a cipurilor de siliciu la aprox. 95°C, în special la circuitele integrate din centrul plăcii. Soluţia mutării componentelor fierbinţi de la centru spre periferia plăcii nu se acceptă deoarece rerutarea plăcii pune probleme deosebite datorită dimensiunilor sale reduse (3.9x2.4 inch). Nici soluţia utilizării unor radiatoare termice sau ventilatoare pe capsulă nu poate fi pusă în practică deoarece sistemul este închis iar distanţa până la pereţii carcasei sau plăcile adiacente este mică. De aceea, următoarea analiză a luat în considerare cazul în care se utilizează pe placă circuite integrate din seria CMOS standard având puterea disipată mai mică decât în primul caz. Acum s-au înregistrat rezultate bune privind încălzirea cipurilor de siliciu (aprox. 65°C) dar timpul mediu între două defecte s-a triplat (se ştie că la creşterea temperaturii tehnologia CMOS se comportă mai slab dacât tehnologia bipolară).

Concluzia care se impune în urma celor două analize este următoarea: placa considerată va trebui echipată cu circuite integrate dintr-o serie digitală cu putere disipată redusă şi cu fiabilitate ridicată (cum ar fi de exemplu TTL-ALS sau H-CMOS) sau se pot păstra circuitele integrate din seria CMOS standard în condiţiile în care se trece la seria militară. Ambele soluţii sunt sigure dar au dezavantajul că implică un cost ridicat. În figura 16 este prezentată harta termică iar în figura 17 harta de fiabilitate în cazul utilizării pe placă a circuitelor digitale din seria H-CMOS.

Pentru a micşora costul produsului final proiectantul ar putea să încerce acum să înlocuiască cu circuite integrate mai scumpe doar cipurile din punctele "fierbinţi" ale plăcii. Această procedură se finalizează în momentul în care timpul mediu între două defecte a depăşit valoarea dorită de proiectant sau când numărul de defecte la un milion de ore de funcţionare pentru oricare componentă devine mai mic decât o valoare de prag impusă prin proiectare.

Pentru informaţii suplimentare cei interesaţi se pot adresa la Centrul de Tehnologie şi Tehnici de Interconectare - CETTI, Universitatea Politehnica Bucureşti, tel/fax: 01-411 6674; tel: 01-400 2466; e-mail: cetti@cadtieccp.pub.ro

(C) Copyright Computer Press Agora