PCB熱仿真的案例
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 芯片PCB板級熱仿真怎么做？從小米環形冷泵散熱系統說起
三、Icepak板級熱仿真實操
熱設計當今常用的散熱軟件主要有Flotherm和Icepak，其中IcepaK可以求解異形的結構，而且它基于ANSYS FLUENT的求解器，有較好的精度，對于電子散熱仿真是一款非常專業的軟件。在汽車電子散熱仿真來說，由于車廠其他結構和電磁的仿真多使用ANSYS的其他軟件，為了統一習慣，也為了處理異形的CAD結構，icepak用于散熱仿真較為常見。但從易用性來說，Flotherm有一定的優勢，它需要更多繁瑣注意項，以及操作流程。
不光是汽車行業，這幾年芯片計算能力需求的飛速發展和對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，這對前期的設計提出更高的要求，需要仿真加以驗證，甚至是需要熱電耦合仿真或者結構熱耦合仿真。對于PCB板級熱仿真，Icepak可以導入精確的布線，并通過metal fraction計算局部的導熱系數，這樣更好的得到一個貼合實際的結果。它還提供了各種熱阻模型，常用的雙熱阻模型，以及DELPHI模型，以及詳細模型。除此之外還包含各種宏命令，方便對于特定問題的求解，它也可與ANSYS workbench中其他模塊數據相關聯。
做板級熱仿真，首先第一步便是參數的收集。要知道所處的工作溫度（環溫），以及板子的尺寸大小、布置方向、器件的尺寸大小和在PCB板的相應的位置，是否有風或者其他外加散熱措施。除此之外，需要器件手冊的相關內容，RθJB和RθJC以及最大TjMax，前兩個熱阻參數是雙熱阻模型所必須的，最大結溫是為了驗證結果是否超溫。
展開 怎樣才能做好PCB熱仿真分析？
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。
如果你有志學習熱仿真，歡迎參加元王CAE仿真實訓營，掌握CAE仿真分析方法，穩扎穩打學基礎，專題案例練實操，實戰項目獨立做，包教包會推薦就業！
展開 ANSYS網絡培訓 — PCB和封裝的翹曲、熱快速仿真方法
2017年2月9日
20:00 - 21:00 (CST)
注冊 ?
聯系方式：
郵箱：info-china@ansys.com
電話：4008198999
網絡研討會介紹：
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，結合最佳仿真前處理工具SpaceClaim，在Mechanical使用TraceImport功能，可以快速從ECAD中直接導入PCB熱物參數，從而能在Mechanical中快速進行準確的PCB板熱分析、熱應力分析、翹曲分析。
點擊上方“注冊”參加本次網絡研討會。
展開 
PCB及封裝結構熱應力協同仿真新功能及應用實例培訓
PCB及封裝結構熱應力協同仿真新功能及應用實例，時間：2017年6月21日，晚上8:00： http://event.31huiyi.com/615702442
PCB電熱仿真方法及實例分析
FEA求解器主要解決的區域
CFD求解器主要解決的區域
本文章以Cadence的Celsius Thermal Solver作為仿真工具，利用它的FEA-CFD電熱仿真流程實施分析工作，流程圖如下所示：
導入PCB文件，進行電與熱相關的參數設置，運行FEA仿真，得到包含PCB各區域功率耗散的簡化仿真模型，再導入到CFD求解器中，添加風扇、機箱等結構實施CFD仿真，結果保存為一個CFD模型，代表設置環境（自然環境、風冷或水冷等）下的真實傳熱系數，再回到FEA求解器中導入CFD模型作為邊界條件，重新執行電熱仿真，最后得到精確的電熱仿真結果。
下面以一個PCB熱仿真實例，詳細說明仿真步驟。
① FEA求解器提取簡化模型
啟動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求解仿真層狀結構（PCB板）。
選擇菜單欄中Tools > Options > Edit Options，在Translator一欄中使能下圖中的兩項，保證板框按照design outline、器件尺寸按照place bound定義。
在軟件界面左側向導中選擇Load Layout File，導入.brd格式的PCB文件，將PCB文件轉換為.spd格式的仿真文件。
在向導中使能Enable E/T Co-Simulation Mode選項，選擇電熱耦合仿真模式。
點擊Check Stackup，打開層疊管理界面，檢查并設置層疊厚度和材料屬性，其中每一層的fill-in填充材料務必設置。
展開 PCB電熱仿真方法及實例分析
FEA求解器主要解決的區域
CFD求解器主要解決的區域
本文章以Cadence的Celsius Thermal Solver作為仿真工具，利用它的FEA-CFD電熱仿真流程實施分析工作，流程圖如下所示：
導入PCB文件，進行電與熱相關的參數設置，運行FEA仿真，得到包含PCB各區域功率耗散的簡化仿真模型，再導入到CFD求解器中，添加風扇、機箱等結構實施CFD仿真，結果保存為一個CFD模型，代表設置環境（自然環境、風冷或水冷等）下的真實傳熱系數，再回到FEA求解器中導入CFD模型作為邊界條件，重新執行電熱仿真，最后得到精確的電熱仿真結果。
下面以一個PCB熱仿真實例，詳細說明仿真步驟。
① FEA求解器提取簡化模型
啟動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求解仿真層狀結構（PCB板）。
選擇菜單欄中Tools > Options > Edit Options，在Translator一欄中使能下圖中的兩項，保證板框按照design outline、器件尺寸按照place bound定義。
在軟件界面左側向導中選擇Load Layout File，導入.brd格式的PCB文件，將PCB文件轉換為.spd格式的仿真文件。
在向導中使能Enable E/T Co-Simulation Mode選項，選擇電熱耦合仿真模式。
點擊Check Stackup，打開層疊管理界面，檢查并設置層疊厚度和材料屬性，其中每一層的fill-in填充材料務必設置。
展開 12 種 PCB 熱管理技術
PCB熱仿真
詳細的熱模擬有助于精確找到 PCB 中熱熱點的溫度。 熱模擬是在不同條件下獲得的加熱區域溫度的色標圖。 模擬中的溫度單位始終為攝氏度 (°C)。 色標圖是通過計算 PCB 上數千個點的溫度而獲得的。
為什么要進行熱模擬？
定位熱熱點以避免設備故障的風險
確定具有各種 CTE 值的介電材料的可能可靠性
提高產品可靠性
熱仿真可以通過減少工程延遲、現場故障和產品迭代來降低實施成本
提高工程和電氣團隊之間的績效和溝通
設計人員可以使用上述部分或全部傳熱技術的組合。 提高組件效率的最簡單方法是首先減少散熱量。 但是，無論在使用冷卻方法方面取得了多大成功，始終可以通過減少電路板的散熱來提高設計的可靠性。
【免責聲明】本文部分資料摘自網絡平臺，版權歸原作者所有，僅用于技術分享與交流，非商業用途！若有涉及版權等請告知，將及時修訂刪除，謝謝大家的關注！
展開 ANSYS CFD/ICEPAK 在電子、電氣熱設計和散熱分析技術高級培訓班
2016年7月13日 - 2016年7月14日
9:00 - 17:00
培訓內容：
第一天
■CFD理論及ICEPAK軟件簡介
CFD入門基礎簡介
ICEPAK軟件功能簡介
■ICEPAK軟件介紹（熟悉軟件操作界面）
模型建立
網格劃分
邊界條件
求解設定
后處理（ICEPAK后處理及CFD-POST后處理）
■PCB板熱仿真分析案例（結合軟件demo）
案例介紹
Demo演示
第二天
■機箱散熱仿真分析案例（結合軟件demo）
案例介紹
Demo演示
■ICEPAK參數化案例分析
ICEPAK參數化分析
Workbench參數化分析
■LED案例仿真分析
復雜外部模型的導入
網格如何細化設置
■答疑
培訓講師： ANSYS認證工程師
收費標準： ￥4000/人，包括培訓費、資料費、書籍費、證書費和上機費（學員食宿自理）
電腦：學員自帶筆記本為主，ANSYS公司提供12臺電腦
上課時間：2016年7月13日-14日（上午9點-12點，下午2點-5點）
上課地點：ANSYS原廠深圳分公司：深圳市福田區金田路4028號榮超經貿中心1009
點擊下載ANSYS仿真高級培訓班報名回執表
報名方式：填寫報名回執表發送Email或傳真至深圳分公司（0755-82550670）
深圳聯絡人：莊百興 18675506525 baixing.zhuang@ansys.com，0755-82552976
特別優惠：
團體報名：￥3200元/人（3人及以上）；5人報名，1人免單
ANSYS老用戶：￥3200元/人
在維護期內的用戶：￥2400元/人
提前2周報名并付款，在上述三條基礎上再優惠￥200元/
展開 熱仿真技術進階！Ansys Icepak 系列專題線上培訓（共3講）
電子冷卻和PCB 熱仿真與分析軟件正在加速產品設計，Ansys Icepak是用于熱管理的CFD求解器，可預測芯片封裝、PCB、電子組件和電力電子設備中的氣流、溫度和傳熱。在最新2025 R1 版本中，Ansys Icepak 持續為更多電氣、結構、熱和半導體/芯片級熱工程用戶提供技術支持。
在Ansys 2025年度系列網絡研討會中，針對熱仿真也相應安排了3場圍繞Ansys Icepak的主題直播：Icepak 新功能、Icepak降階模型以及Icepak DC/AC電熱耦合解決方案。歡迎大家免費報名參會！
# 5月20日 | Ansys Icepak 2025 R1新功能更新
講師：朱少佳 | Ansys Icepak高級應用工程師
內容簡介：
Ansys Icepak 2025 R1的主要更新特征，包含如下幾大方面：1.增強的用戶體驗和工作流程；2. 增強的網格，求解和物理設置等；3.系統級熱完整性解決方案；4.PCB板上封裝工作流程增強。
# 8月5日 | AEDT Icepak降階模型：動態熱管理及快速優化解決方案
講師：廉海潯 | Ansys應用工程師主管
內容簡介：
在電子設備行業中，隨著3DIC（三維集成電路）技術的快速發展，動態熱管理成為確保設備性能與可靠性的關鍵。為應對傳統熱仿真方法在復雜3DIC結構中計算量大、耗時長的挑戰，AEDT Icepak的ROM（降階模型）技術提供了一種快速且高精度的熱仿真解決方案。
該技術通過一維ROM和三維ROM靈活應對不同熱管理場景：一維ROM適用于簡化的熱傳導分析，三維ROM則能處理復雜的熱對流和熱輻射問題。
展開 一期一會 | 什么是柔性PCB？
PCB設計人員和消費類電子工程師使用Maxwell軟件來解決電磁感應的機械振動和電感耦合的EMI/EMC等問題。
Ansys HFSS?：高頻電磁仿真的黃金標準，工程師使用HFSS軟件開發基于柔性PCB的具有成本效益、高性能的電路布局和天線。
Ansys SIwave?：SIwave軟件專門用于PCB電磁仿真，為用戶提供了快速而強大的幾何結構導入和信號完整性（SI）、電源完整性（PI）、電磁干擾（EMI）、阻抗和串擾建模方法。
Ansys Icepak?：PCB熱仿真和散熱設計的行業標準，其專為PCB仿真構建的用戶界面中包含了業界領先的多物理場求解器。
Ansys Sherlock?：Sherlock讓您可以導入各種柔性PCB文件格式，并提供多個可用選項對材料、幾何結構、部件信息等文件進行前處理。常見的場景是將編輯過的柔性PCB文件從Sherlock軟件導出到Ansys Mechanical?軟件中，以進行深入的熱機械分析。
Ansys Mechanical：該軟件與Sherlock工具結合使用，提供了可靠的解決方案，可用于分析柔性PCB的可靠性和熱機械方面。
眾多最具挑戰性的柔性PCB設計都采用了Ansys仿真，其原因在于：這些工具易于使用，協同高效，并能提供更具實用價值的信息。歡迎聯系我們，以進一步了解Ansys軟件如何幫助企業利用仿真的預測功能來突破設計極限。
相關閱讀
英偉達與新思科技宣布戰略合作，攜手重塑工程設計未來
雜志下載 | Ansys Advantage：仿真為能源和可持續發展賦能
一期一會 | 什么是電動汽車動力總成？
展開 
多物理場的計算流體動力學仿真軟件Cradle CFD官方推薦學習資料
Cradle scSTREAM熱流分析軟件已經為電子行業服務了三十多年。該軟件不斷推陳出新，強大的前處理，高效的求解能力，無以倫比的超強后處理是該軟件的三大特色。針對電子散熱從板級，系統級，環境級，具有完整的解決方案。
因此，MSC Software聯合技術鄰組織了本次的直播課程，讓電子散熱仿真更高效、更簡單。由具有20年以上的流體仿真工程經驗的MSC流體產品負責人李晶為大家主講。
02
官方文檔
本文檔針對Cradle做了詳細的介紹，可免費下載。
1.Cradle-熱流分析解決方案.pdf
- 計算流體力學在工程中的作用
- Cradle提供的熱流分析軟件及可選工具，整合了最新的前沿技術
① scSTREAM和HeatDesigner-擁有可靠的跟蹤記錄
② scFLOW和SC/Tetra-不斷發展的最新CFD解決方案
③ scPOST-在同一環境下對多物理場進行可視化
- PICLS幫助設計人員輕松實現PCB的熱仿真
- Optimus是以優化和自動化為核心的仿真工具集成平臺
2.CFD Cradle聯合仿真案例集-更智能的多物理場CFD.pdf
本書闡明了當今流體工程所涉及的前沿解決方案，包括令人信服的案例研究，展示了CFD仿真幫助行業和公司進行創新的領域。
各行業的領導者和技術創新中心都在使用CFD解決方案來更好地理解、改進和驗證新設計或制定對策。
本書中可以看到Panasonic，Boostheat，Analog Way，Goldwin和Stirling Aviation都在使用Cradle CFD仿真來幫助達到客戶的期望以符合政策法規。
展開 全套資料領取丨計算流體力學軟件Cradle，電子/暖通CFD工程師墻裂安利
1.Cradle-熱流分析解決方案.pdf
- 計算流體力學在工程中的作用
- Cradle提供的熱流分析軟件及可選工具，整合了最新的前沿技術
① scSTREAM和HeatDesigner-擁有可靠的跟蹤記錄
② scFLOW和SC/Tetra-不斷發展的最新CFD解決方案
③ scPOST-在同一環境下對多物理場進行可視化
- PICLS幫助設計人員輕松實現PCB的熱仿真
- Optimus是以優化和自動化為核心的仿真工具集成平臺
2.CFD Cradle聯合仿真案例集-更智能的多物理場CFD.pdf
本書闡明了當今流體工程所涉及的前沿解決方案，包括令人信服的案例研究，展示了CFD仿真幫助行業和公司進行創新的領域。
各行業的領導者和技術創新中心都在使用CFD解決方案來更好地理解、改進和驗證新設計或制定對策。本書中可以看到Panasonic，Boostheat，Analog Way，Goldwin和Stirling Aviation都在使用Cradle CFD仿真來幫助達到客戶的期望以符合政策法規。如今，CFD在一個不太令人注意的行業———環境和可持續性領域中扮演著重要角色：日本東海大學（Tokai University）十多年來一直使用CFD仿真來驗證，并多次獲獎的跨澳大利亞太陽能汽車設計。
展開 AI時代，Simdroid-EC解鎖存儲芯片熱管理創新范式
面對高密度、高速度（如3D NAND、HBM等先進架構）存儲產品的散熱挑戰，先進的仿真工具成為破解這一難題的關鍵。云道智造自主研發的伏圖-電子散熱模塊（Simdroid-EC），能夠精準模擬存儲芯片/模塊在不同工況下的溫度分布情況，有效監控產品關鍵位置的溫度，為工程師提供有針對性的散熱方案優化依據，確保存儲產品能夠穩定可靠地運行。
Simdroid-EC是基于伏圖（Simdroid）平臺開發的針對電子元器件、設備等散熱的專用熱仿真模塊，提供傳熱分析、流場分析以及穩態&瞬態分析功能，能夠進行自然冷卻、強迫冷卻及混合冷卻分析，同時具備變化功耗和變化環境的瞬態分析能力，適用于芯片產品的熱仿真評估。
本案例展示了Simdroid-EC在某儲存產品散熱仿真方面的應用亮點。
一、CAD模型導入
通過Simdroid-EC導入接口，可以直接導入外殼（.stp格式）模型文件，配合軟件內置的智能元件轉換與建模功能，利用體素化技術對幾何模型進行打散處理，將CAD體打散成軟件智能元件。另外，軟件提供三種不同的顏色渲染形式：材料顏色、類型顏色和自定義顏色，用戶可在三者之間自由切換。
圖 1 導入3D幾何及模型體素化后
二、ODB++文件導入
Simdroid-EC具備良好的EDA接口，可導入ODB++文件，解析導電層和結緣層，同時支持圖片替代走線、打孔等功能，滿足不同優化場景的建模需求。計算時會考慮布線過孔的各向異性導熱率，以提高PCB板熱仿真的精度。同時，利用豐富的對齊功能，將不同元件/模塊按位置進行裝配。
展開 Cradle CFD官方推薦學習資料
1.Cradle-熱流分析解決方案.pdf
- 計算流體力學在工程中的作用
- Cradle提供的熱流分析軟件及可選工具，整合了最新的前沿技術
① scSTREAM和HeatDesigner-擁有可靠的跟蹤記錄
② scFLOW和SC/Tetra-不斷發展的最新CFD解決方案
③ scPOST-在同一環境下對多物理場進行可視化
- PICLS幫助設計人員輕松實現PCB的熱仿真
- Optimus是以優化和自動化為核心的仿真工具集成平臺
2.CFD Cradle聯合仿真案例集-更智能的多物理場CFD.pdf
本書闡明了當今流體工程所涉及的前沿解決方案，包括令人信服的案例研究，展示了CFD仿真幫助行業和公司進行創新的領域。
各行業的領導者和技術創新中心都在使用CFD解決方案來更好地理解、改進和驗證新設計或制定對策。本書中可以看到Panasonic，Boostheat，Analog Way，Goldwin和Stirling Aviation都在使用Cradle CFD仿真來幫助達到客戶的期望以符合政策法規。如今，CFD在一個不太令人注意的行業———環境和可持續性領域中扮演著重要角色：日本東海大學（Tokai University）十多年來一直使用CFD仿真來驗證，并多次獲獎的跨澳大利亞太陽能汽車設計。
展開 