[发明专利]面向智能蒙皮的芯片及导线布局优化设计方法

摘要

本发明公开了一种面向智能蒙皮的芯片及导线布局优化设计方法，用于解决现有智能蒙皮布局设计方法实用性差的技术问题。技术方案是使用复合多层壳模型模拟智能蒙皮结构，使用水平集函数描述芯片的外形，使用A*算法布置各芯片之间的导线。在优化布局的过程中，芯片与导线作为次承力部件参与整个结构承力，增强了结构承载性能，同时，通过优化迭代，寻找芯片连接点之间的最短距离，减少了导线长度，降低了结构重量。经测试，在相同条件下，采用本发明方法优化后的结构柔顺度由背景技术的91.17mJ降低为9.70mJ，重量由背景技术的9.989g降低为6.315g。

主权项

1.一种面向智能蒙皮的芯片及导线布局优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、设计智能蒙皮的详细结构，包括结构层数、芯片数目、芯片之间导线连接方式以及各部分的材料属性；步骤二、通过CAD结构建立包含绝缘层、芯片和填充层的多层电路板有限元模型；对复合的电路板模型划分有限元网格，定义芯片的水平集函数，定义单元类型，为结构各部分赋予材料属性，并定义结构的载荷及边界条件；步骤三、使用A*算法进行各芯片连接点之间的导线布置：f(n)＝g(n)+h(n)式中，f(n)表示任意节点n的总代价，g(n)表示任意节点n到初始点的代价，h(n)表示任意点n到目标点的启发式评估代价，通过迭代布置芯片连接点间的导线；步骤四、对芯片及基体结构划分包络圆，建立芯片之间、芯片与基体结构之间的非干涉约束函数；对芯片及基体结构采用包络圆近似外形；以不同芯片包络圆圆心之间的距离大于半径之和使得各芯片不能干涉，以各芯片包络圆圆心到基体结构包络圆圆心的距离大于其半径之和使得芯片一直位于结构之内；步骤五、建立优化问题的数学模型：minΦ＝C+f式中，x为设计域上的拓扑优化设计变量，n为设计变量的个数，x1,x2,...,xn表示各单元的设计变量；ξ表示芯片位置的几何设计变量，ξix,ξiy和ξiθ分别表示第i个水平集函数所表示的芯片中心在x,y方向的坐标和芯片局部坐标系相对于整体坐标系的角度，Nc表示芯片的数目；Φ为优化问题的目标函数，它由结构整体的应变能C和芯片之间寻路问题的代价f归一而成；K表示结构整体刚度矩阵，U表示结构整体位移列阵，F表示结构所受外力，H表示引入多点约束之后的系统的形状函数矩阵，λ为拉格朗日乘子；V0表示基体结构的体积约束上限，V(x)表示基体结构的体积用量；Ωm、Ωl和Ωd分别表示第m个芯片、第l根导线、基体结构所在的区域，Nl表示导线的总条数；d(k)表示芯片之间、芯片与基体结构之间的非干涉约束；步骤六、对结构的伪密度设计变量、芯片的位置设计变量进行灵敏度分析，使用基于梯度的优化算法进行优化，得到芯片、结构和导线协同优化的设计结果。