熱通孔的案例
Flotherm中熱通孔的設置內部原理及等效方法---實踐經驗 ￥1.9
PCB設置合理的通孔對于器件散熱非常關鍵，如果僅設置PCB的覆銅率而不設置通孔對仿真結果影響非常大，經過實踐發現Flotherm內部對于通孔的處理有特殊的處理方法，可以根據需求主動等效模擬，具體方法為
硅通孔封裝熱應力分析
由于在制作過程中物體溫度會發生變化，導致通孔伸縮隨之發生變化引起物體產生應力。當應力達到一定值時會造成物體的損傷值過大，從而是連接失效。不同形狀通孔以及填充物對封裝熱應力的影響不同，本案例只分析圓柱形通孔填充銅的情況。
分析人：技術鄰-異色天空
參考論文：《硅通孔三維封裝熱應力的分析》
模型：
結果：
等效應力
徑向應力
軸向應力
剪切應力
12 種 PCB 熱管理技術
在這種方法中，板本身內部裝有一個熱交換器。 由于不需要外部散熱器或冷板，因此減少了 PCB 組裝步驟和最終產品的重量。 但是這些冷卻器需要在冷卻通道周圍具有非常高的熱通孔密度。
冷卻風扇
在本文中介紹了幾種冷卻方法，如散熱器、熱管、熱通孔等。所有這些技術都通過傳導來交換熱量，這在很多情況下是不夠的。 冷卻風扇采用對流熱傳遞方法，為設計人員提供了一種非常有效的方法來將熱量從組件中帶走。
風扇的效率取決于從設備中排出特定體積空氣的能力以及放置風扇的兼容性。 設計人員在選擇風扇時必須考慮摩擦、尺寸、噪音、成本、操作、功率要求等因素。 但風扇的主要目的是推動一定量的空氣，這意味著容量是選擇冷卻風扇的優越因素。
焊接濃度
PCB 設計人員有兩種選擇來避免焊料溢出。 第一個是將通孔的直徑減小到0.3mm以下。 通孔越小，通孔內液態焊料的表面張力就能夠更好地抵抗焊料上的重力。
第二種選擇是稱為帳篷的過程。 它涉及用阻焊層覆蓋通孔的焊盤，以防止焊料流下通孔。
珀耳帖熱泵/熱電冷卻器 (TEC)
是時候升級到先進的 PCB 冷卻技術了。 熱電冷卻或 Peltier 熱泵方法使用 Peltier 效應進行冷卻。 珀爾帖效應與熱蒸汽的產生相反。 這些設備可以將組件冷卻到低于環境溫度。
TEC 用于應將組件溫度保持在特定水平的情況。 例如 CCD 相機（電荷耦合器件）、激光二極管、微處理器、夜視系統等。TEC 提供準確的溫度控制和更快的響應。 設計人員可以將 TEC 與空氣冷卻或液體冷卻技術結合使用，以擴展高功率耗散處理器的傳統空氣冷卻限制。
展開 PCB芯片散熱焊盤如何設計？
01
前言
工作中的電路板有許多發熱比較大的元器件，比如MOS管、LED、三極管，尤其在滿載的情況下更為嚴重，散熱通孔是眾所周知的一種通過電路板表面貼裝元件的散熱方法。
在結構上，板上開有一個通孔，如果該板是單層雙面板，則使銅箔連接電路板的頂面和底面，以增加用于散熱的面積和體積，降低熱阻。
在多層板的情況下，熱通孔可以連接多個層，或者可以僅限于層的部分連接，但是在所有情況下，基本原理都是相同的。
將貼片元件的散熱焊盤貼片安裝在PCB上，可以降低熱阻。熱阻取決于用于散熱的PCB上銅箔的面積和厚度，以及板的厚度和材料。本質上，這些材料越寬越厚，散熱效果就越大。
但銅箔的厚度通常需要符合標準規格，且不能過厚。此外，由于微型化仍然是基本設計要求，因此PCB的面積應依照實際需求設計，實際的銅箔的厚度也不能做的得非常大，因此當PCB超過一定的單面散熱面積時，單面電路板散熱效果會大打折扣。FR-4的導熱系數非常低。
解決這些問題的一種措施是使用熱通孔，通孔是通過鉆孔和鍍銅而形成的，與PTH或通孔用于層之間的電氣互連的方法相同。為了有效地使用散熱孔，散熱孔應靠近加熱元件放置。
如下圖所示，利用了熱平衡的影響，因此很明顯將具有較大溫差的區域連接起來效果會很不錯。
02
空心過孔與填充過孔影響
空心式通孔相比填充式通孔相比，空心式通孔將導致更高的熱阻。對于直徑為0.6mm的通孔，使用35 um(1 oz.)鍍銅，垂直于熱焊盤的面積僅為0.06 mm2，而焊料填充通孔的面積為0.28 mm2，導致熱阻為64°C/W，而填充了焊料則為42°C/W，如果完全填充銅則為14°C/W。
展開 
如何對 PCB 設計中的散熱通孔建模（免費領視頻）
了解如何以適當的精度和速度對散熱通孔建模，從而為極具競爭性的印刷電路板熱設計流程助力
在電子產品設計中，進行印刷電路板 (PCB) 熱管理以確保組件足夠冷卻，對于可靠性而言至關重要。對于緊湊設計的需求以及成本的縮減推動設計創意階段產生準確、提早的冷卻選項評估。
本次網絡研討會介紹 PCB 中廣泛使用的通孔、金屬化孔如何幫助 PCB 熱管理改進關鍵組件周圍的散熱。了解如何使用電子產品冷卻仿真軟件 Simcenter Flotherm XT 準確而迅速地對散熱通孔進行建模，以滿足不同設計階段的需求。仿真研究演示將介紹 PCB 設計上熱通孔相對于其他設計因素的選項、優勢和局限。
敬請參加本次網絡研討會并了解以下內容：
散熱通孔如何輔助 PCB 上的散熱
如何在開發過程中對散熱通孔進行建模，即簡單到明確的詳細方法
安裝于帶有散熱通孔的 PCB 上的組件示例模型所應用的方法
演講人：
保羅·布萊斯 (Paul Blais)：西門子 Mentor 業務部
約翰·威爾遜 (John Wilson)：西門子 Mentor 業務部
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展開 BUCK電路原理及PCB布局與布線注意事項
通過通孔將反饋路徑傳輸到PCB的底層，并將布局遠離交換節點。
GND 地：
模擬小信號地和電源地必須隔離。鋪設電源地，而不從頂層分離是非常理想（圖8）。通過通孔連接底層上的隔離電源地導致損耗并加劇由于的噪聲通孔的電感和電阻的影響。
在PCB內層和底層提供接地層是減少和屏蔽直流損耗，并且更好地散熱，但它只是一個補充接地
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直播預告 | Cradle CFD 新功能與技術介紹
該版本利用了ARC測試數據對電池熱失控功能進行了新的增強。現在，通過與nTop?的直接連接，可以實現熱交換器性能最大化的完整工作流程。scSTREAM 和 scFLOW（由 ODYSSEE 提供支持）中的機器學習算法可生成簡化模型，實時模擬所選組件的熱和流動行為。scFLOW 中的網格劃分功能更加強大，具有多項新功能，可實現基于曲率的網格細化、輕松更換零件和網格質量檢查。scFLOW 求解器現在更快、更強大，并具有增強的收斂控制。數據處理擴展到新的文件格式，并通過新流程提高生產力，以簡化大型數據集的處理。
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新功能與技術介紹直播預告
1月20日 14:00
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新版本亮點介紹
01
電池和熱管理
● 電池半經驗熱失控
在熱失控事件中，熱量從電池的第一個電池單元傳播到相鄰的電池單元，形成不可阻擋的連鎖反應，進而影響整個電池組。電池中的熱失控是設計和評估電池系統安全性時不可忽略的關鍵現象。在 Cradle CFD 2024.2 中，我們可以使用來自單個電池的實驗 ARC 數據在 scFLOW 中模擬電池熱失控。測試數據可以直接導入到模型設置中，并在那里自動過濾和平滑處理。ARC 數據用于快速準確地定義電池單元瞬態熱量的產生。
02
使用 nTop
● 進行增材制造的工作流程
我們與 nTop 合作開發了一個完整的工作流程來優化換熱器的性能。
展開 一期一會 | 什么是電子產品熱管理？
將熱管理設計到電子系統中的流程
從微小的微型芯片到海量數據中心，設計電子系統的工程師必須探索系統的熱行為，然后選擇相應熱管理解決方案——需要符合系統熱性能標準、具有成本效益，而且不會產生與系統電氣或結構要求有關的問題。
熱管理設計通常應該集成到整體產品設計流程中，尤其是以仿真為導向的設計流程。以下技術有助于開發團隊了解應用，以快速進行權衡并優化解決方案。
組件特征描述
要獲得有效的熱管理解決方案，首先要了解系統的組件的熱屬性。設計團隊應該先收集技術信息，例如系統中每個電子組件及機械組件的幾何結構、材料屬性、發熱、熱容量、標準工作條件以及可接受的工作溫度等。
這些值可從供應商那里獲得，或者您可能必須進行熱特征測試。為了估算散熱量，電氣工程師通常會根據組件產品說明書中列出的電氣行為運行電路模型。此外，還可利用仿真來確定組件和互連中的允許熱應變，或描述組件裝配體的熱行為特征。
環境評估
一旦團隊知道了電子系統內部的情況，他們就需要了解系統的工作環境。
消費類電子產品的散熱解決方案與航空電子設備中的熱管理解決方案截然不同。
比如，避免智能手機過熱的解決方案，受到機身內部空間的限制，唯一可以散熱的地方是設備周圍的空氣；而戰斗機上的航空電子設備包具有高壓，且有冷空氣可以吹入外殼；工業物聯網設備可能無法接觸到低溫環境、冷空氣或水，因此，機載熱電制冷器可能是該應用的最佳解決方案。同樣，特定行業的標準和法規可能會最終決定可使用的熱管理方法。
熱仿真
鑒于各種不同的方案選項以及對不同需求的權衡，仿真成為了開發熱管理解決方案的理想工具。
在半導體芯片封裝層面，設計人員可以迭代封裝方法、熱焊點及熱通孔的位置，以及接地層的厚度。
展開 Sherlock軟件如何指導電子產品可靠性分析？
圖2 可靠性物理經驗公式
圖3 仿真精度經過驗證
目前Sherlock軟件可以評估電路板中以下五種主要的潛在失效機制:
1、 焊點熱循環疲勞
2、 機械振動導致焊點疲勞
3、 機械沖擊導致焊點失效
4、 電路板通孔由于熱循環產生的疲勞
5、 由于電遷移、氧化物擊穿、偏置溫度不穩定和熱載流子注入而造成的微電路老化和磨損
02
分析流程自動化，有效提升設計效率
