PCB熱分析的案例
怎樣才能做好PCB熱仿真分析？
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。
展開 基于參數優化的 LED 驅動電路 PCB 熱仿真分析
14?采用FR4介質的Ⅱ型PCB面積約為Ⅰ型PCB面積的2.5倍,其元件的仿真溫度較Ⅰ型PCB下降約17~25℃,在Ⅱ型PCB的基礎上做更加密集的過孔放置得到Ⅲ型PCB,元件的仿真溫度繼續下降約0.5~5℃?采用鋁基介質時,Ⅰ型PCB的各元件仿真溫度較采用FR4介質普遍降低6~18℃,Ⅱ型和Ⅲ型PCB仿真溫度較使用FR4介質時普遍下降6~14℃?其中鋁基板Ⅰ型氛圍燈由于尺寸的限制,LED的仿真溫升最低為62.4℃,不符合設計要求,而鋁基板Ⅱ型氛圍燈PCB和鋁基板Ⅲ型氛圍燈PCB已經完全滿足設計要求?
結論
本文通過熱仿真分析方法,實現了氛圍燈LED的PCB熱性能的優化?在原有的Ⅰ型氛圍燈PCB設計不符合溫度要求的基礎上,借助熱仿真分析了該設計的不足?通過增大設計尺寸和增加過孔,設計了改善的Ⅱ型和Ⅲ型氛圍燈PCB,但是仍不滿足車規級溫升要求?最后通過改變PCB的基材介質為鋁基介質,借助于熱仿真,論證了鋁基材質的Ⅱ型和Ⅲ型氛圍燈PCB的設計滿足車規級要求?
【參考文獻】
[1]劉兆洪,龐傳和.
展開 熱分析技術在PCB失效分析的應用
由于PCB高密度的發展趨勢以及無鉛與無鹵的環保要求，越來越多的PCB出現了爆板、分層等各種失效問題。本文首先介紹DSC、TGA與TMA等熱分析技術，然后結合PCB的典型的失效分析案例，介紹這些分析技術在實際的案例中的應用。PCB失效機理與原因的獲得將有利于將來對PCB的質量控制以避免類似問題的再度發生
熱分析技術在PCB失效分析的應用.pdf
Ansys 案例研究 | 瞬態熱力耦合分析—PCB 組件上的熱應力生成
用戶可以從瞬態熱分析的溫度圖表中復制并粘貼源時間（Source Time）和分析時間（Analysis Time）的數據。
8.在 PCB 板孔位處添加固定支撐。
9.對模型進行網格劃分并運行瞬態結構仿真，輸出應力結果云圖，該圖顯示了應力隨時間的變化情況。
總結
本次分析成功執行了 PCB 組件的瞬態熱-順序耦合仿真。通過將瞬態熱分析得到的溫度時程作為載荷，輸入至瞬態結構分析中，直接觀察并獲得了關鍵元器件的熱應力隨時間變化的響應。
仿真結果直觀展示了在功率加載或環境變化的瞬態過程中，熱應力如何隨溫度場同步演變，清晰地揭示了應力集中區域的動態形成過程與峰值時刻。這為評估元件在真實波動工況下的瞬態力學負載與潛在風險提供了直接的依據。
本次分析有效完成了從動態熱輸入到動態應力輸出的因果鏈路驗證，為后續的簡易可靠性評估與設計改進提供了核心的觀測數據。
展開 
Workbench案例3-PCB電路板芯片熱分析
穩態熱分析和瞬態熱分析用于研究由這些芯片產生的熱量引起的溫度變化。
操作步驟
創建穩態熱分析項目：Steady-State-Thermal；
在穩態分析項目之后，創建一個瞬態熱分析項目，并于穩態熱分析項目連接；連接方式如圖所示：
導入幾何模型：導入PCB板的幾何模型X_T格式；切換單位制為：Metric（m,kg,N,s,V,A）
網格劃分：設置網格劃分方式為Multi Zone；
設置Sizing：選擇初PCB板之外的其他15個元件，設置網格尺寸為：0.0009m；
設置Sizing：選擇PCB板，設置單元尺寸大小為：0.002m；如圖所示：
設置邊界條件：
設置發熱芯片的發熱量：Internal heat generation 大小為：5e7W/m3；芯片位置如圖所示：
設置熱傳導Convection：選擇所有的幾何模型；在Film Coefficient欄右鍵，選擇Import Temperature Dependent，如圖所示：
選擇Stagnant Air-Simplified Case；如圖所示：
5.求解&查看結果：查看穩態分析結果的PCB板及元件溫度場如圖所示：
現在已完成穩態熱分析，這是總體目標的第一部分；對于本案例，將在其余步驟中執行瞬態熱分析。
準備瞬態熱分析時需要注意的事項：
? 如果突出顯示瞬態熱對象下的初始溫度對象，會注意到在詳細信息視圖中，只讀顯示初始溫度和初始溫度環境。一般來說，初始溫度可以是：– 統一溫度：可以在其中指定結構中所有物體的溫度=0，或 – 非均勻溫度：（如本例所示）在其中導入溫度規范 在時間=0 時，來自穩態分析。
? 初始溫度環境來自您剛剛執行的穩態熱分析。
展開 【11月15-16日 上海】ANSYS官方培訓—PCB熱-應力可靠性和多場耦合分析培訓班
PCB熱-應力可靠性和多場耦合分析培訓班
培訓背景
電路的集成規模越來越大，I/O數越來越多，PCB互連密度不斷加大，隨之帶來許多PCB及集成電路封裝可靠性問題。ANSYS專門針對PCB設計分析解決方案，可以快速從ECAD中直接導入PCB熱物參數，從而能在Mechanical中進行準確的PCB板熱力、疲勞、隨機振動、跌落等可靠性問題的仿真。ANSYS針對集成電路封裝也提供強大解決方案，可以快速準確進行集成電路熱應力問題、封裝翹曲、焊球疲勞問題、裂紋預測及擴展等可靠性分析。
本次培訓從解決PCB及集成電路封裝結構可靠性基礎功能入手，逐步深入到ANSYS解決PCB及集成電路封裝結構可靠性高級解決方案，并將演示國外專家解決集成電路封裝可靠性問題的多層次模型方案。
為了解決集成電路封裝結構可靠性仿真需求，提升相關科技工作者的技術水平，普及ANSYS軟件高級功能。因此，ANSYS公司特開辦“PCB熱-應力可靠性和多場耦合分析培訓班”。
培訓合格者發放ANSYS技術培訓認證證書。
展開 行業應用方案 | 車燈CFD分析技術發展趨勢
典型應用案例
車燈熱仿真
LED車燈熱仿真
聚焦分析
PCB熱分析
結霧/除霧仿真
結霧/除霧快速評估
網格優化
Wrapper快速網格處理
行業應用方案 | 車燈CFD分析技術發展趨勢
典型應用案例
車燈熱仿真
LED車燈熱仿真
聚焦分析
PCB熱分析
結霧/除霧仿真
結霧/除霧快速評估
網格優化
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行業應用方案 | 車燈CFD分析技術發展趨勢
典型應用案例
車燈熱仿真
LED車燈熱仿真
聚焦分析
PCB熱分析
結霧/除霧仿真
結霧/除霧快速評估
網格優化
Wrapper快速網格處理
來源于：Ansys
行業應用方案 | 車燈CFD分析技術發展趨勢
典型應用案例
車燈熱仿真
LED車燈熱仿真
聚焦分析
PCB熱分析
結霧/除霧仿真
結霧/除霧快速評估
網格優化
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Ansys Icepak/AEDT的散熱分析優化專題培訓
【培訓講師】 上海安世匯智流體技術專家
【培訓時間】 2023年9月6日-9月8日
【培訓費用】 4500元/人
【培訓等級】 中 級
【培訓地點】 上海安世匯智公司，上海市浦東新區平家橋路36號晶耀前灘5號樓9樓
【培訓特色】
—— 精品小班課，資深工程師授課
—— 項目經驗豐富，精準匹配行業
—— 理論與上機結合，教學質量有保障
—— 真實案例教學，貼合企業實際需求
—— 設立分級課程，循序漸進培養仿真能力
—— 安世亞太官方培訓證書，豐富職業履歷
【培訓日程】
時間
具體內容
第一天
Icepak軟件基本功能特色介紹
Icepak模型庫、對象庫、材料庫等的詳細介紹
Icepak全局網格以及局部網格控制方法以及參數設置
基于Icepak模型建立方法
復雜對象建立、編輯對齊工具介紹
相關案例操作
第二天
物理模型介紹，自然對流、強迫對流等邊界條件設置講解
PCB熱分析方法以及參數設置
網格劃分技術介紹——非連續性網格的設置方法
瞬態分析計算設置
相關案例操作
第三天
Icepak/AEDT參數化分析流程簡介
Icepak/AEDT 參數化設計、分析（單物理場/多物理場耦合）方法
擬CEPAK/AEDT 優化分析案例展示
Icepak優化案例操作練習
綜合答疑
【報名鏈接】
https://www.wenjuan.com/s/jaQVVfE/
（開課前一周截止報名）
【小貼士】
· 本次課程有上機操作環節，我們會準備好電腦與軟件；若報名人數超額，則需部分學員攜帶自己的電腦，我們會為您裝好試用軟件。
· 本次課程含工作午餐，不含其他食宿費用。
展開 
Ansys Icepak基礎培訓
【培訓講師】 上海安世亞太Icepak技術專家
【培訓時間】 2023年3月8日~3月10日
【培訓費用】 4500元/人
【培訓等級】 初級
【培訓地點】 上海安世亞太公司，上海市浦東新區平家橋路36號晶耀前灘5號樓9樓（地鐵6/8/11號線東方體育中心站4號口出）
【培訓特色】
—— 精品小班課，資深工程師授課
—— 項目經驗豐富，精準匹配行業
—— 理論與上機結合，教學質量有保障
—— 真實案例教學，貼合企業實際需求
—— 設立分級課程，循序漸進培養仿真能力
—— 安世亞太官方培訓證書，豐富職業履歷
【培訓日程】
第一天：
Icepak軟件基本功能特色介紹
Icepak模型庫、對象庫、材料庫等的詳細介紹
Icepak全局網格以及局部網格控制方法以及參數設置
基于Icepak模型建立方法
復雜對象建立、編輯對齊工具介紹
相關案例操作
第二天：
物理模型介紹，自然對流、強迫對流等邊界條件設置講解
PCB熱分析方法以及參數設置
網格劃分技術介紹——非連續性網格的設置方法
瞬態分析計算設置
相關案例操作
第三天：
SCDM功能簡單介紹
Icepak導入外部CAD幾何模型簡化方法
網格劃分技術介紹——多級網格的設置方法
后處理方法介紹
相關案例操作
【報名方式】
關注上海安世亞太微信公眾號
回復【JS三月】即可報名
【小貼士】
本次課程有上機操作環節，我們會準備好電腦與軟件；若報名人數超額，則需部分學員攜帶自己的電腦，我們會為您裝好試用軟件。
本次課程含工作午餐，不含其他食宿費用。
展開 車燈CFD分析技術的發展趨勢是怎樣？
相比于傳統的鹵素燈，LED可以讓設計師實現很多原先根本不可能的設計，因此，更受用戶的歡迎；但是，它的一個巨大缺點是，通過配光鏡它僅僅向前輻射出去一小部分熱，多數的熱是通過熱沉傳導到燈體后部釋放出去的，因此，透鏡處的結霧狀況反而更加糟糕了。公開數據顯示，在LED車燈中，35%的用戶投訴集中在結霧問題上。
而仿真很早就被車燈、OEM廠商認為是極具價值的車燈設計方法。一個顯而易見的好處是，仿真相對于試驗可以更快地幫助設計迭代，因此，在設計階段可以大幅節約設計的時間和成本。仿真的另一個好處是，它可以向用戶揭示為什么會這樣？例如，它可以告訴工程師為什么燈具內的溫度偏高，為什么某種設計會導致車燈更易結霧。由此帶來仿真的另外一個好處就是工程師可以基于充分的依據修改并驗證自己的設計。
盡管CFD仿真在車燈設計領域中起著非常重要的作用，但由于模型復雜，計算量大，仿真在實際應用中還是受到了一定限制。Ansys結合具體的應用場景，優化了從模型處理到求解的一系列仿真過程和方法，可以使用戶在更快的仿真速度下獲得更高的仿真精度。
一、車燈熱仿真
車燈熱仿真
LED車燈熱仿真
熱點/聚焦分析
PCB熱分析
二、結霧/除霧仿真
車燈結霧/除霧過程仿真
快速評估車燈結霧/除霧的方法
三、仿真中特殊問題
使用Fluent Meshing壓縮網格數量
Wrapper快速網格方法
快速、準確的車燈CFD方案：
由于高分子材料的耐熱性能較差，所以，工程師總是希望仿真可以獲得更加準確的結果。傳統上，DO模型可以提供一種較快的解決方法。對于一些對結果準確度要求很高的場景，例如熱點的預測/聚焦分析，Fluent還提供了更為準確的蒙特卡洛模型。針對LED光源，用戶還可以定義輻射的極坐標分布，進一步提高仿真與現實的吻合程度。
展開 行業應用方案 | 5G 終端解決方案
01、終端部件設計
Sub6G天線設計
毫米波天線設計
射頻器件設計
SAW/BAW設計
RF器件設計（功放/低噪放）
RF電路設計
高速PCB SI/PI設計
結構設計（強度/ID/攝像頭設計）
熱設計（整機/快充設計）
02、可靠性設計
結構可靠性（強度/跌落）
器件壽命可靠性
熱分析（系統/電池）
電-熱耦合分析
03、多物理場耦合分析
熱-結構耦合（屏蔽蓋熱翹曲）
電-熱耦合（天線阻抗失配）
熱-電耦合（PCB走線熱分布）
電-熱-結構耦合分析（高功率濾波器）
Ansys提供完備的終端仿真解決方案
Ansys提供的終端仿真整體方案貫穿整個產品周期，從部件設計到系統設計實現系統性能，而從單一物理域到多物理域的仿真方法突破了設計過程中的單一領域考慮，提供了跨領域設計的解決方案。
展開 行業應用方案 | 5G 終端解決方案
一、終端部件設計
Sub6G天線設計
毫米波天線設計
射頻器件設計
SAW/BAW設計
RF器件設計（功放/低噪放）
RF電路設計
高速PCB SI/PI設計
結構設計（強度/ID/攝像頭設計）
熱設計（整機/快充設計）
二、可靠性設計
結構可靠性（強度/跌落）
器件壽命可靠性
熱分析（系統/電池）
電-熱耦合分析
三、多物理場耦合分析
熱-結構耦合（屏蔽蓋熱翹曲）
電-熱耦合（天線阻抗失配）
熱-電耦合（PCB走線熱分布）
電-熱-結構耦合分析（高功率濾波器）
Ansys提供完備的終端仿真解決方案
Ansys提供的終端仿真整體方案貫穿整個產品周期，從部件設計到系統設計實現系統性能，而從單一物理域到多物理域的仿真方法突破了設計過程中的單一領域考慮，提供了跨領域設計的解決方案
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