Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

Matematika

Fizika

Anyagtudomány

Elektronikai technológia, Fizikai, kémiai és nanotechnológiák tárgy aláírása

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

A tantárgy célja használható, kreatív tudás átadása a hallgatóknak az elektronikai technológiában leggyakrabban előforduló fizikai, kémiai, fizikai-kémiai, elektrokémiai jelenségek modellezésének és szimulációjának területén. Megismerteti a hallgatókkal a hasonlóságelmélet, a modellezés, valamint a modellezés és szimuláció matematikai alapjait, történetét és kapcsolatát a természetes emberi gondolkodással, ezáltal jelentős mértékben fejleszti a modellalkotási, elvonatkoztatási készséget. Betekintést ad a különböző hatékony számítógépes szimulációs módszerekbe, beleértve a soft-computing módszereket is. Részletesen – a matematikai alapok részletezésével és az elektroniakai technológia gyártási folyamataiból vett szemléltető példák segítségével – bemutatja a különböző természeti jelenségek megjelenését a technológiában, ezáltal a korábban elsajátított elméleti tudás jobb megértését, elmélyítését segíti elő. A tantárgy további célja a hallgatók modellezési készségének és a modellezés és szimuláció segítségével történő probléma-megoldási készségének fejlesztése valós modellezési problémák bemutatásának segítségével. A hallgatók ilyen módon elsajátítják az elektronikai gyártásban előforduló – méréssel vagy más gyakorlati úton nem felderíthető – problémák megoldását, kezelését.

• legyenek tisztában a modellezés és szimuláció alapvető fogalmaival, céljaival,
• legyenek tisztában a hasonlóságelmélet alapjaival,
• áttekintésük legyen a modellek csoportosításáról, a szimulációk fajtáiról, a hatékony szimulációs eszközökről,
• képesek legyenek az elektronikai technológiában előforduló egyes fizikai, kémiai jelenségek modelljét felállítani,
• legyenek tisztában a tárgyalt természeti jelenségek leírásához szükséges matematikai alapokkal,
• ismerjék a tárgyalt jelenségek fizikai alapjait,
• ismerjék és alkalmazni tudják a tárgyalt numerikus módszereket,
• áttekintésük legyen a modern és hatékony célszoftverekről,
• legyenek tisztában a modellezés és szimuláció céljaival és szerepével az elektronikai technológia területén,
• legyenek képesek modell készítésére egyszerűbb – az elektronikai gyártásból vett –  valós problémákról, valamint legyenek képesek a szimulációs eredmények felhasználására a problémamegoldásban és paraméterek optimalizálásában.

Bevezetés a modellezésbe (2 óra elmélet/előadás + 0  óra számítási gyakorlat):

A modellezés alapjainak bemutatása, története.
Alapfogalmak. Bevezetés a modellezésbe: a modellezés fogalma, célja, kapcsolata a természetes emberi gondolkodással. A hasonlóság, hasonlósági reláció fogalma, szerepe a gondolkodásban. A modellezés fejlődése, betekintés a modern modellezésbe és szimulációba. Modellek csoportosítása több szempont szerint, a gyártási folyamatok modellezésének elhelyezése.

Számítógépes szimuláció, a modellezés gyakorlati felhasználása (4 óra elmélet/előadás +  óra számítási gyakorlat):
A szimuláció gyakorlati lehetőségeinek bemutatása.
Számítógépes szimuláció fogalma. Számítógépes modellezés típusai és azok matematikai alapjai: véges differencia, véges elem, neurális háló stb. A különböző módszerek előnyei és hátrányai. Számítógépes modell létrehozásának menete. Bevezetés a numerikus módszerekbe, szemléltetés példákkal. Kapcsolat a numerikus leírás és a valóság között, az egyes megoldások hibái, stabilitása. Az egyes megoldások alkalmazhatósága a technológiai folyamatok modellezére.

Modellezési példák magas szintű programozási nyelveken (6 óra elmélet/előadás):

A már megismert elméleti alapok, numerikus módszerek elmélyítése saját programok írásával

Egyszerű modellek implementálásának folyamata (C nyelven, illetve Matlab környezetben), az elsajátított elméleti alapok gyakorlati felhasználása. Saját fejlesztésű programok implementálása azokra a speciális gyakorlati esetekre, amelyeknél a célszoftverek nem használhatóak. Szimulációk futtatása, szimulációs eredmények értelmezése, értékelése. A célszoftverek és a saját fejlesztésű programok összevetése gyakorlati példákon keresztül: a megfelelő megoldás kiválasztásának szempontjai.

Modellezés célszoftverek segítségével (6 óra elmélet/előadás +  óra számítási gyakorlat):
A  modern, hatékony modellező célszoftverek megismerése.
A technológia folyamatainak vizsgálatára alkalmas modellek készítésének folyamata célszoftverek segítségével. Az egyes szoftverek előnyeinek, hátrányainak, alkalmazási körének bemutatása. Matlab PDE toolbox, Simulink, Femlab (Comsol Multiphysics), freeware szoftverek. A megfelelő modellezőeszköz kiválasztásáank szempontjai a valós gyártási problémák hatékony, gyors megoldásához. Szimulációk futtatása, az eredmények értelmezése, kiértékelése.

Technológiai folyamatok, esettanulmányok (0 óra elmélet/előadás+ 14 óra műszerismertetés/gyakorlat):

Az elektronikai technológiában megjelenő jelenségek modellezése, a modellezés céljainak bemutatása.

·        Újraömlesztéses forrasztás, optimalizálás a folyamat ablakra

·        Gázok áramlása reflow kemencében, optimalizálás minimális gázmennyiségre

·        Forrasztott kötés kialakulásának mechanizmusa

·        Lézeres megmunkálás modellezése: abláció, forrasztás, hegesztés, vágás

·        Alkatrész, készülék hűtésének optimalizálása, hőterjedés különböző formái

·        Hőmérséklet hatására történő deformáció, mechanikai feszültség. A helyes anyagi paraméterek és geometria megválasztása

·        Mechanikai modellek

·       Flexibilis áramkörök mechanikai modellezése, a megfelelő anyagok és geometria kiválasztása a fellépő mechanikai feszültségek minimalizálásának érdekében

1. A szorgalmi időszakban:
   Az aláírás megszerzésének feltétele a kiadott feladat elkészítése és beadása. Beadási határidő: utolsó tanulmányi hét.
2. A vizsgaidőszakban:
   A tantárgy írásbeli vizsgával zárul.

Bernard P. Zeigler, Tag Gon Kim Herbert Praehofer: Theory of modelling and simulation, Academic Press, 2000 (second edition)

Won Young Yang, Wenwu Cao, Tae-Sang Chung, John Morris: Applied Numerical Methods Using MATLAB, Wiley, 2005