З.Х.М. Аль-Араджи − аспирант, 

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия) E-mail: zainab.alaraje@mail.ru

О.Ю. Макаров − д.т.н., профессор, 

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия) E-mail: moy230@yandex.ru

А.В Муратов − д.т.н., профессор,

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия) E-mail: kipr@vorstu.ru

А.В. Турецкий – к.т.н., доцент,

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия) E-mail: tav7@mail.ru

Ю.В. Худяков – к.ф.-м.н., доцент,

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия) E-mail: reus@vorstu.ru

Постановка проблемы. Многослойная печатная плата (МПП) является достаточно сложной конструкцией, так как состоит из стеклотканых композитов и большого количества проводящих слоев. Плата обеспечивает как электрическое соединение электронных компонентов, так и их механическое закрепление. При использовании плат в конструкциях, подвергаемых механическим нагрузкам надежность МПП определяет надежность всей конструкции в целом. Поэтому проектирование МПП, подвергающейся механическим воздействиям является сложной задачей. Для повышения эффективности процесса проектирования требуется сократить временные и материальные затраты путем применения процесса моделирования и инженерного анализа на начальных этапах проектирования МПП.

Цель. Провести анализ вибрационных характеристик многослойной печатной платы, а также влияния сосредоточенной массы на изменение резонансных частот и распределения смещений компонентов платы.

Результаты. Предложен метод проектирования печатных плат, который включает в себя два этапа: на первом этапе проводится анализ вибрации печатной платы методом FEM с использованием элемента «сосредоточенный вес», который заменяет фактическую геометрию компонента; второй этап заключается в выборе оптимального типа закрепления для печатной платы, который обеспечивает минимальный эффект вибрации. Исследованы четыре типа закрепления сторон платы. Проведен аналитический расчет поведения плат и моделирование с использованием метода конечных элементов (FEM) и инженерного анализа средствами Cero Elements/Pro 5.0. В результате сравнения моделирования и аналитического расчета установлено хорошее совпадение (разница не превышает 12%). Показано, что граничные условия печатной платы оказывают существенное влияние на вибрационные характеристики печатной платы. Самая высокая собственная частота получилась при фиксации четырех сторон платы, когда обеспечивается максимальная жесткость конструкции. Это наиболее лучший способ закрепления, но он не всегда может быть использован, поэтому исследованы другие способы закрепления. Проведен процесс классификации способов закрепления в зависимости от полученных результатов определения собственной частоты, от наиболее лучшего до наименее лучшего.

Практическая значимость. Предложена методика проектирования МПП, которая отличается от традиционных более коротким временем доработки конструкции путем применения моделирования.

1. Zhang C., Kan C. The Reverse Reconstruction and Finite Element Analysis of the UAV Impeller // Int. J. Sci. Res. 2016. V. 5. № 3. Р. 595–597. 
2. Little R.W. Master’s Thesis. Bending of a cantilever plate. University of Wisconsin. 1959.
3. Leissa A.W. The vibration of rectangular plates [J] // Journal of Sound & Vibration. 1980. V. 31. № 3. Р. 257−293.
4. Макаров О.Ю., Турецкий А.В., Ципина Н.В., Шуваев В.А. Комплексное моделирование и оптимизация характеристик в процессе конструкторского проектирования радиоэлектронных средств // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2015. Т. 11. № 6. С. 100−104.
5. Аль-Араджи З.Х.М., Муратов А.В., Турецкий А.В., Худяков Ю.В. Моделирование механических характеристик многослойных печатных плат средствами CAE анализа // Труды Междунар. симпозиума «Надежность и качество». г. Пенза. 2018. Т. 1.  С. 224−227.
6. Лозовой И.А., Турецкий А.В. Методика анализа радиоэлектронных модулей на механическую прочность // Радиотехника. 2013. № 3. С. 85−88.
7. Белецкая С.Ю., Иевлев П.В., Муратов А.В., Тураева Т.Л. Турецкий А.В., Худяков Ю.В. Средства инженерного анализа конструкций радиоэлектронных модулей третьего уровня // Труды Междунар. симпозиума «Надежность и качество» (г. Пенза). 2017. Т. 2. С. 82−85.