PCB熱仿真
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PCB熱仿真的視頻教程
icepak散熱仿真從入門到進(jìn)階
fans\blowers命令講解 resistances命令講解 heat sinks命令講解 packages命令講解 熱阻的講解及icepak的設(shè)置方法 對(duì)齊命令操作 網(wǎng)格劃分講解 SCDM簡(jiǎn)化三維模型并導(dǎo)入icepak tec冷卻芯片仿真案例 導(dǎo)入pcb布線熱仿真分析 zoom-in案例講解 機(jī)箱網(wǎng)格調(diào)整參數(shù)劃分實(shí)例 數(shù)據(jù)中心建模仿真分析教程 通過優(yōu)化方法優(yōu)化散熱器
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PCB熱仿真的實(shí)例教程
14?采用FR4介質(zhì)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(chǔ)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(xù)下降約0.5~5℃?采用鋁基介質(zhì)時(shí),Ⅰ型PCB的各元件仿真溫度較采用FR4介質(zhì)普遍降低6~18℃,Ⅱ型和Ⅲ型PCB仿真溫度較使用FR4介質(zhì)時(shí)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(shè)計(jì)要求,而鋁基板Ⅱ型氛圍燈PCB和鋁基板Ⅲ型氛圍燈PCB已經(jīng)完全滿足設(shè)計(jì)要求?
結(jié)論
本文通過熱仿真分析方法,實(shí)現(xiàn)了氛圍燈LED的PCB熱性能的優(yōu)化?在原有的Ⅰ型氛圍燈PCB設(shè)計(jì)不符合溫度要求的基礎(chǔ)上,借助熱仿真分析了該設(shè)計(jì)的不足?通過增大設(shè)計(jì)尺寸和增加過孔,設(shè)計(jì)了改善的Ⅱ型和Ⅲ型氛圍燈PCB,但是仍不滿足車規(guī)級(jí)溫升要求?最后通過改變PCB的基材介質(zhì)為鋁基介質(zhì),借助于熱仿真,論證了鋁基材質(zhì)的Ⅱ型和Ⅲ型氛圍燈PCB的設(shè)計(jì)滿足車規(guī)級(jí)要求?
【參考文獻(xiàn)】
[1]劉兆洪,龐傳和.
展開 三、Icepak板級(jí)熱仿真實(shí)操
熱設(shè)計(jì)當(dāng)今常用的散熱軟件主要有Flotherm和Icepak，其中IcepaK可以求解異形的結(jié)構(gòu)，而且它基于ANSYS FLUENT的求解器，有較好的精度，對(duì)于電子散熱仿真是一款非常專業(yè)的軟件。在汽車電子散熱仿真來說，由于車廠其他結(jié)構(gòu)和電磁的仿真多使用ANSYS的其他軟件，為了統(tǒng)一習(xí)慣，也為了處理異形的CAD結(jié)構(gòu)，icepak用于散熱仿真較為常見。但從易用性來說，F(xiàn)lotherm有一定的優(yōu)勢(shì)，它需要更多繁瑣注意項(xiàng)，以及操作流程。
不光是汽車行業(yè)，這幾年芯片計(jì)算能力需求的飛速發(fā)展和對(duì)可靠性要求的日益提升，越來越需要高速PCB板以及大功率PCB板，這對(duì)前期的設(shè)計(jì)提出更高的要求，需要仿真加以驗(yàn)證，甚至是需要熱電耦合仿真或者結(jié)構(gòu)熱耦合仿真。對(duì)于PCB板級(jí)熱仿真，Icepak可以導(dǎo)入精確的布線，并通過metal fraction計(jì)算局部的導(dǎo)熱系數(shù)，這樣更好的得到一個(gè)貼合實(shí)際的結(jié)果。它還提供了各種熱阻模型，常用的雙熱阻模型，以及DELPHI模型，以及詳細(xì)模型。除此之外還包含各種宏命令，方便對(duì)于特定問題的求解，它也可與ANSYS workbench中其他模塊數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。
做板級(jí)熱仿真，首先第一步便是參數(shù)的收集。要知道所處的工作溫度（環(huán)溫），以及板子的尺寸大小、布置方向、器件的尺寸大小和在PCB板的相應(yīng)的位置，是否有風(fēng)或者其他外加散熱措施。除此之外，需要器件手冊(cè)的相關(guān)內(nèi)容，RθJB和RθJC以及最大TjMax，前兩個(gè)熱阻參數(shù)是雙熱阻模型所必須的，最大結(jié)溫是為了驗(yàn)證結(jié)果是否超溫。
展開 一個(gè)簡(jiǎn)化的方法是估算PCB的總功耗，將其作為一個(gè)作用于整個(gè)PCB表面的均勻熱流通量。熱分析可預(yù)測(cè)出平均環(huán)境溫度，使設(shè)計(jì)人員用于計(jì)算元器件的功耗，通過進(jìn)一步重復(fù)計(jì)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(guī)格，包括正常工作的最高溫度。元件性能通常會(huì)受環(huán)境溫度或元件內(nèi)部溫度的影響，不同封裝形式的元器件規(guī)格也不同。PCB 設(shè)計(jì)人員可利用器件制造商提供的“溫度/功率”曲線確定出某個(gè)溫度下元件的功耗。
計(jì)算元件溫度最準(zhǔn)確的方法是作瞬態(tài)熱分析，但是確定元件的瞬時(shí)功耗十分困難。一個(gè)比較折衷的方法是在穩(wěn)態(tài)條件下分別進(jìn)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(yīng)用的典型熱邊界條件包括:
前后表面自然或強(qiáng)制對(duì)流
前后表面發(fā)出的熱輻射
從PCB邊緣到設(shè)備外殼的傳導(dǎo)
通過剛性或撓性連接器到其他PCB的傳導(dǎo)
從PCB到支架(螺栓或粘合固定)的傳導(dǎo)
2個(gè)PCB夾層之間散熱器的傳導(dǎo)
目前做板級(jí)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(duì)熱設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)，尋找設(shè)計(jì)缺陷，對(duì)方案的適用性和有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)。而PCB熱設(shè)計(jì)優(yōu)化也是一個(gè)不斷迭代的過程，通過設(shè)計(jì)—仿真—測(cè)試循環(huán)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(bǔ)充PCB熱設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。
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展開 2017年2月9日
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展開 PCB及封裝結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力協(xié)同仿真新功能及應(yīng)用實(shí)例，時(shí)間：2017年6月21日，晚上8:00： http://event.31huiyi.com/615702442
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PCB熱仿真的最新內(nèi)容
一期一會(huì) | 什么是柔性PCB？4個(gè)月前
Ansys Icepak?：PCB熱仿真和散熱設(shè)計(jì)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其專為PCB仿真構(gòu)建的用戶界面中包含了業(yè)界領(lǐng)先的多物理場(chǎng)求解器。
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電子冷卻和PCB 熱仿真與分析軟件正在加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)，Ansys Icepak是用于熱管理的CFD求解器，可預(yù)測(cè)芯片封裝、PCB、電子組件和電力電子設(shè)備中的氣流、溫度和傳熱。在最新2025 R1 版本中，Ansys Icepak 持續(xù)為更多電氣、結(jié)構(gòu)、熱和半導(dǎo)體/芯片級(jí)熱工程用戶提供技術(shù)支持。
計(jì)算時(shí)會(huì)考慮布線過孔的各向異性導(dǎo)熱率，以提高PCB板熱仿真的精度。同時(shí)，利用豐富的對(duì)齊功能，將不同元件/模塊按位置進(jìn)行裝配。
圖 2 導(dǎo)入ODB++文件及模型對(duì)齊
三、PowerMap文件導(dǎo)入
Simdroid-EC支持非均勻功耗的定義。
FloTHERM軟件和FloEFD軟件都可以對(duì)PCB做精細(xì)熱仿真，特別是FloTHERM軟件中可以綜合布線，過孔和各層特性來實(shí)現(xiàn)PCB和元器件的精細(xì)仿真。
三、散熱器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
在多數(shù)散熱系統(tǒng)中，散熱器的設(shè)計(jì)都十分重要，無需贅述。
在對(duì)電路板進(jìn)行布線之前的早期設(shè)計(jì)中，可使用浮動(dòng)變化固定在一定范圍內(nèi)（比如 5Wm-1K-1到 15 Wm-1K-1）的簡(jiǎn)單各向同性熱導(dǎo)率值來了解 PCB 熱性能對(duì)仿真結(jié)果有多大影響。在深化設(shè)計(jì)期間，需要對(duì)電路板的熱模型加以改進(jìn)。
一旦大致確定布置，PCB 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的下一步工作便是原理圖捕捉和電氣仿真（例如時(shí)序）。
熱仿真及優(yōu)化方法
氛圍燈 PCB 熱仿真模型的建立
車規(guī)級(jí)LED驅(qū)動(dòng)電路印刷電路板（以下簡(jiǎn)稱氛圍燈 PCB）的電路原理見圖2。
下面以一個(gè)PCB熱仿真實(shí)例，詳細(xì)說明仿真步驟。
① FEA求解器提取簡(jiǎn)化模型
啟動(dòng)Cadence Celsius Thermal Solver，選擇并打開Solid Objects Simulation for Layered Structures模塊，該模塊就是基于FEA求解仿真層狀結(jié)構(gòu)（PCB板）。
PCB熱仿真
詳細(xì)的熱模擬有助于精確找到 PCB 中熱熱點(diǎn)的溫度。 熱模擬是在不同條件下獲得的加熱區(qū)域溫度的色標(biāo)圖。 模擬中的溫度單位始終為攝氏度 (°C)。 色標(biāo)圖是通過計(jì)算 PCB 上數(shù)千個(gè)點(diǎn)的溫度而獲得的。
為什么要進(jìn)行熱模擬？
下面以一個(gè)PCB熱仿真實(shí)例，詳細(xì)說明仿真步驟。
① FEA求解器提取簡(jiǎn)化模型
啟動(dòng)Cadence Celsius Thermal Solver，選擇并打開Solid Objects Simulation for Layered Structures模塊，該模塊就是基于FEA求解仿真層狀結(jié)構(gòu)（PCB板）。
不光是汽車行業(yè)，這幾年芯片計(jì)算能力需求的飛速發(fā)展和對(duì)可靠性要求的日益提升，越來越需要高速PCB板以及大功率PCB板，這對(duì)前期的設(shè)計(jì)提出更高的要求，需要仿真加以驗(yàn)證，甚至是需要熱電耦合仿真或者結(jié)構(gòu)熱耦合仿真。對(duì)于PCB板級(jí)熱仿真，Icepak可以導(dǎo)入精確的布線，并通過metal fraction計(jì)算局部的導(dǎo)熱系數(shù)，這樣更好的得到一個(gè)貼合實(shí)際的結(jié)果。
