熱分析可協助設計人員確定PCB上部件的電氣性能和可靠性，幫助確定元器件或PCB是否會因為過溫而導致功能失效或燒壞。簡單的熱分析只是計算PCB的平均溫度，復雜的則要對含多個PCB和上千個元器件的電子設備建立瞬態模型。

無論熱仿真工程師在對電子設備、PCB 以及電子元件建立熱模型時多么小心翼翼，熱分析的準確程度最終還要取決于PCB設計人員所提供的元件功耗的準確性。

 

如果用比元件的實際功耗大的數據進行熱分析，可能會導致設計過于保守，而與之相反，也更為嚴重的是熱安全系數設計過低，即元件實際運行時的溫度比分析人員預測的要高，此類問題一般要通過加裝散熱裝置或風扇對PCB 進行冷卻來解決。這些外接附件增加了成本，而且延長了制造時間，在設計中加入風扇還會給可靠性帶來一層不穩定因素，因此PCB優先采用主動式散熱(如自然對流、傳導及輻射散熱)，其次再采用被動式冷卻方式。

 

熱設計不良最終將使得成本上升而且還會降低可靠性，這在所有PCB設計中都可能發生，花費一些功夫準確確定元件功耗，再進行PCB熱分析，這樣有助于生產出小巧且功能性強的產品。應使用準確的熱模型和元件功耗，以免降低PCB設計效率。

 

準確確定PCB元件的功耗是一個不斷重復迭代的過程，PCB 設計人員需要知道元件溫度以確定出損耗功率，熱分析人員則需要知道功率損耗以便輸入到熱模型中。設計人員先初步確定一個元件工作環境溫度，或從初步熱分析中得出估計值，并將元件功耗輸入到細化的熱模型中，計算出PCB和相關元件的溫度，第二步使用新溫度重新計算元件功耗，算出的功耗再作為下一步熱分析過程的輸入。在理想的情況下，該過程一直進行下去直到其數值不再改變為止。

然而PCB設計人員通常面臨需要快速完成任務的壓力，他們沒有足夠的時間進行耗時重復的元器件電氣及熱性能確定工作。一個簡化的方法是估算PCB的總功耗，將其作為一個作用于整個PCB表面的均勻熱流通量。熱分析可預測出平均環境溫度，使設計人員用于計算元器件的功耗，通過進一步重復計算元件溫度知道是否還需要做其他工作。一般電子元器件制造商都提供有元器件規格，包括正常工作的最高溫度。元件性能通常會受環境溫度或元件內部溫度的影響，不同封裝形式的元器件規格也不同。PCB 設計人員可利用器件制造商提供的“溫度/功率”曲線確定出某個溫度下元件的功耗。

計算元件溫度最準確的方法是作瞬態熱分析，但是確定元件的瞬時功耗十分困難。一個比較折衷的方法是在穩態條件下分別進行額定和最差狀況分析。

PCB受到各種類型熱量的影響，可以應用的典型熱邊界條件包括:

• 前后表面自然或強制對流

• 前后表面發出的熱輻射

• 從PCB邊緣到設備外殼的傳導

• 通過剛性或撓性連接器到其他PCB的傳導

• 從PCB到支架(螺栓或粘合固定)的傳導

• 2個PCB夾層之間散熱器的傳導

 

目前做板級熱仿真分析比較主流的軟件一般是Flotherm，通過熱仿真分析可以對熱設計進行檢驗，尋找設計缺陷，對方案的適用性和有效性進行評價。而PCB熱設計優化也是一個不斷迭代的過程，通過設計—仿真—測試循環不斷地流程，修正并積累熱仿真模型，加快熱仿真速度，提高熱仿真精度，補充PCB熱設計經驗。

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