電路板散熱
關注創建者：匿名 創建時間：2022-03-07
電路板散熱的視頻教程
電路板散熱仿真分析，Fluent實操詳解系列之從三到萬3-3
本視頻是Fluent實操詳解系列之從三到萬的第三篇，為電路板散熱仿真分析，學習內容： 1、流體仿真過程的設置，包括物理建模、條件設置和結果處理三個步驟 2、其中，重點講了傳熱邊界條件的設置 本案例視頻里面講解建模。
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封裝基板/功率電路板雙向電熱耦合分析
適用人群：電子產品散熱設計的企業, 尤其是涉及封裝基板和PCB板的企業相關工程師 封裝基板/功率電路板雙向電熱耦合分析【已結束】 直播時間：2019-11-05 20:00 作為新一代的電子散熱仿真工具, AEDT-Icepak更加偏重于電和熱的耦合, 也更加適合于電工程師的操作習慣, 產品一經推出
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電路板散熱的實例教程
因此，對PCB電路板進行很好的散熱處理是非常重要的。
本博文將對PCB電路板散熱技巧進行討論交流~
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PCB自身散熱
PCB自身散熱是一種簡單、實用、低成本的散熱方式。目前PCB電路板板材主要是：覆銅/環氧玻璃布基材或酚醛樹脂玻璃布基材，這些基材雖然具有優良的電氣性能和加工性能，但散熱性差幾乎不能指望由PCB本身樹脂傳導熱量。所以，需要設計從元件的表面向周圍空氣中散熱。
那么怎么做呢？最好方法是提高與發熱元件直接接觸的PCB自身的散熱能力，通過PCB板傳導出去或散發出去。例如，加散熱銅箔和采用大面積電源地銅箔、加熱過孔、在IC芯片背面露銅，減小銅皮與空氣之間的熱阻等方式。
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優化元器件布局
在一塊PCB印制板上的器件應盡可能按其發熱量大小及散熱程度分區排列，發熱量小或耐熱性差的器件（如小信號晶體管、小規模集成電路、電解電容等）放在冷卻氣流的最上流（入口處），發熱量大或耐熱性好的器件（如功率晶體管、大規模集成電路等）放在冷卻氣流最下游。
展開 在設計功率電阻時盡可能選擇大一些的器件，且在調整印制板布局時使之有足夠的散熱空間。
10 射頻功放或者LED PCB采用金屬底座基板。
11避免PCB上熱點的集中，盡可能地將功率均勻地分布在PCB板上，保持PCB表面溫度性能的均勻和一致。往往設計過程中要達到嚴格的均勻分布是較為困難的，但一定要避免功率密度太高的區域，以免出現過熱點影響整個電路的正常工作。如果有條件的話，進行印制電路的熱效能分析是很有必要的，如現在一些專業PCB設計軟件中增加的熱效能指標分析軟件模塊，就可以幫助設計人員優化電路設計。
四、總結
3.1 選材
（1）印制板的導線由于通過電流而引起的溫升加上規定的環境溫度應不超過 125 ℃（常用的典型值。根據選用的板材可能不同）。由于元件安裝在印制板上也發出一部分熱量，影響工作溫度，選擇材料和印制板設計時應考慮到這些因素，熱點溫度應不超過 125 ℃。盡可能選擇更厚一點的覆銅箔。
（2）特殊情況下可選擇鋁基、陶瓷基等熱阻小的板材。
（3）采用多層板結構有助于 PCB 熱設計。
3.2保證散熱通道暢通
（1）充分利用元器件排布、銅皮、開窗及散熱孔等技術建立合理有效的低熱阻通道,保證熱量順利導出 PCB。
（2）散熱通孔的設置 設計一些散熱通孔和盲孔，可以有效地提高散熱面積和減少熱阻，提高電路板的功率密度。如在 LCCC 器件的焊盤上設立導通孔。在電路生產過程中焊錫將其填充，使導熱能力提高，電路工作時產生的熱量能通過通孔或盲孔迅速地傳至金屬散熱層或背面設置的銅泊散發掉。在一些特定情況下，專門設計和采用了有散熱層的電路板，散熱材料一般為銅/鉬等材料，如一些模塊電源上采用的印制板。
展開 產品內部為上、下二層電路結構，將功耗小的器件布設于第一層電路，將功耗大的器件布設于第二層電路。
圖2 產品結構圖
產品表面散熱功率密度約為0.06W/cm2,結合用戶實際使用條件，采用自然散熱的熱設計。產品采用金屬氣密式封裝，上電路為產品輸入電路、下電路為產品輸出電路。為提高散熱效率，降低散熱通道熱阻，將功率大的器件焊接在貼近金屬底座的內表面的下電路板上，將功率小的器件排布于上電路板，上電路焊接在金屬引線上，功率器件的散熱模型采用典型的45°散熱模型，見圖3～圖5。
圖3 上電路板散熱模型
圖4 下電路板散熱模型
圖5 下電路板散熱模型
4 熱仿真計算
使用建模軟件按照1:1比例建立的產品三維模型，將產品模型處理后進行仿真，產品三維模型見圖6。網格質量越高，仿真的準確度越高，為提高后續網格劃分的質量，提升仿真準確度。不改變產品整體結構的前提下，對產品特征進行簡化處理。對產品三維模型進行簡化，簡化后的仿真模型見圖7。
處理完模型后將簡化后的模型導入Icepak仿真軟件進行熱仿真計算，首先對模型進行網格劃分，需要多次調整網格，劃分網格后的網格外形與產品外形一致且網格質量系數滿足要求，以保證后續仿真的準確度。網格劃分效果見圖8。
圖6 產品三維模型
圖7 簡化后的產品三維模型
圖8 網格劃分效果圖
完成網格劃分后需要設置發熱器件功耗、材料、導熱率、邊界條件、溫度、氣壓和重力方向等，完成參數設置后對產品進行仿真計算，計算出監測器件的溫升曲線以及各個零部件的溫度值。見圖9、圖10。
展開 安裝時先將點陣顯示器裝入上部槽中，然后通過4個銅柱螺絲將外殼與電路板連接，底部的鏤空結構不但可以保證電路板散熱，還能防止外部碰撞。
最終通過軟硬件結合，一個diy無線點陣顯示器完成了?？梢杂檬謾C連接操控顯示，用Inspire優化出的外殼輕巧，PolyNURBS功能生成的曲面科技感十足。
發表在最新一期美國《科學》雜志上的研究顯示，一種相對廉價的合成晶體有望用于電路冷卻，突破電子設備小型化面臨的散熱難題。
論文通訊作者之一、美國得克薩斯大學達拉斯校區物理學副教授呂兵說，散熱對使用計算機芯片和晶體管的電子產業非常重要，而小型、高性能的電子產品不能采用導電金屬進行散熱，風扇又占據太大空間，因此需要一種廉價、可散熱的半導體材料。
在天然物質中，金剛石的熱導率最高，但天然金剛石成本過高，人造金剛石存在結構缺陷，都難以大規模應用。研究人員發現，人造半導體材料砷化硼具有很高的導熱率，散熱能力比銅等常用散熱材料高2到3倍，僅次于金剛石。
呂兵團隊與美國休斯敦大學研究人員采用一種“化學氣相輸運”的晶體生長方法，將硼和砷放在一端熱、一端冷的晶體生長爐中，兩種材料從熱的一端移動到冷的一端時會形成熱導率高的砷化硼晶體。
導熱是依靠材料中的電子、原子、分子或晶格熱運動來傳遞熱量。在金屬中，導熱主要依靠電子的運動。但在晶體中，熱傳導是靠組成晶體晶格的原子的振動來完成，這種振動在物理學上被稱為聲子。研究人員說，砷化硼晶體散熱的原因就是晶體振動會產生一份一份的聲子，聲子帶走了熱，而硼原子和砷原子差別巨大，這讓聲子更易于脫離晶體。
呂兵說，砷本身有毒，但化合物砷化硼穩定、無毒，且其半導體性質與硅相容，有望廣泛應用于微電子領域。
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電路板散熱的最新內容
從智能手機的熱交互、緊湊外殼內的高功率電路板散熱，到極端天氣下的工業設備耐候性等復雜現實場景，通過熱仿真技術，工程師能夠精準預測設計在不同溫度場景下的行為，深刻理解熱能如何影響產品的效率、可靠性與安全性，從而在研發早期快速調整設計方案，實現產品的最佳性能表現。
案例描述
在電子產品的振動與可靠性設計中，PCB 的模態分析至關重要。它用于確定電路板的固有頻率和振型，從而預測其在動態載荷下是否會發生共振，導致焊點失效、元件開裂或信號異常。本次將使用一塊電路板的模型來演示電路板的自然頻率/模態的提取過程，通過這一標準流程，可以明確識別出板上的脆弱區域，并為優化布局、增加剛度或規避外部激勵頻率提供定量的工程依據。
分析目標
本案例旨在通過規范的有限元分析流程
<p><strong>寫在前面</strong></p><p><br></p><p>仿真、模擬、有限元分析、多物理場……這些術語是不是早已成為每位仿真人的“日?！?？大家是否知曉其背后的技術原理和演進趨勢，正深刻地改變著世界？<strong>Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。</strong>本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領域專家，圍繞Ansys
隨著折疊屏手機、平板等電子設備的普及，其核心部件——柔性電路板的可靠性與耐久性成為了制造商和消費者關注的焦點。一塊合格的FPC，必須在設備的整個生命周期內，承受數萬次甚至數十萬次的開合彎折而不出現斷裂、性能衰減等問題。因此，如何精準、高效地測試FPC的彎折壽命，成為產業鏈上游至關重要的環節。
一、如何選擇專業的FPC彎折試驗機？
面對市場上琳瑯滿目的測試設備，選擇一款合適的彎折試驗機需要重點關注以下幾個核心指標
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習電路板的三維模型處理
2、學習電路板跌落非線性接觸相關的接觸設置
3、學習電路板跌落顯示動力學分析步的建立
4、學習電路板跌落顯示動力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS
某器件電路板的模型修正11個月前
1、模型修正基本理論
在土木、航空、航天、汽車、船舶等工程領域中，有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）是結構設計過程中不可或缺的關鍵步驟。準確的有限元模型對于預測結構在荷載作用下的響應至關重要。然而，建立一個與實際結構高度一致的有限元模型，僅依靠工程師的經驗是難以實現的。由于眾多不確定性因素的存在以及分析過程中不可避免的假設，有限元模型往往存在一定程度的誤差
節選自陳繼良 《從零開始學散熱》
特別感謝作者和 機械工業出版社 授權
從傳熱學理論中可以看到，提高導熱系數能夠有效強化傳熱。以導熱為例，當傳熱面積很小時，傳遞相同的熱量，導熱系數越高，需要的溫差越小。當前，芯片尺寸越來越小，發熱量越來越大，如將這些熱量轉移到一定位置所“耗費”的溫差也越來越大。為緩解這一趨勢，人們不斷采用更高導熱系數的材料制成傳熱通路
隨著物聯網（IoT）技術的普及，電氣產品日益朝著高性能化與小型集成化的方向發展，電路板的設計也趨向于高密度化。這種高密度電路板在長期的使用過程中，由于熱蓄積和元件老化，很容易產生品質劣化，甚至可能引發火災。傳統的熔斷式保險裝置雖然在一定程度上能夠防止電路短路導致的火災，但在對安全性要求極高的領域，如數據庫中心和汽車制造中，僅憑單一的保險措施顯然不足。因此，本研究旨在通過先進的半導體式氣體傳感器技術
熱仿真還可用于電路板設計、?散熱器設計和電子元件的優化。
熱仿真學習方法步驟
軟件操作。對于初學者來說，熟悉軟件的界面和操作是非常重要的。建立準確的模型和網格劃分是保證仿真結果準確性的關鍵，通過學習軟件的基本操作和建模技巧，熱仿真工程師能夠更快地上手并進行基本的仿真計算。
理論方法。
來源 | 北大南昌院
[洞見熱管理]獲悉，近日，北京大學南昌創新研究院（以下簡稱“北大南昌院”）精密增材制造技術聯合實驗室（以下簡稱“聯合實驗室”）在項目研究中取得突破。北大南昌院基于3D打印技術研發的超薄不銹鋼均熱板和超薄柔性均熱板，最大傳熱功率較市場競品提升50%~100%。在微通道散熱技術領域，聯合實驗室采用陶瓷3D打印技術一體化制備出陶瓷微通道散熱器
