第十講-電子散熱基礎(chǔ)課件

184EFDvs.FLOTHERM矩形模型非?？斓挠?jì)算能力手動(dòng)和即時(shí)的網(wǎng)格劃分半自動(dòng)或手動(dòng)轉(zhuǎn)換輸入CAD模型定義物體和參數(shù)化元件不需要

CAD軟件經(jīng)驗(yàn)CommandCenter

優(yōu)化功能具有很強(qiáng)的應(yīng)用性只適用于電子散熱領(lǐng)域

手動(dòng)輸入直走線上的電流各種(曲面)幾何模型3-5倍的計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存需求自動(dòng)劃分網(wǎng)格直接CAD模型輸入-具有結(jié)構(gòu)接口并且類似CAD-適用很多流體動(dòng)力學(xué)方面的物理問題具有焦耳加熱的3D電仿真185對(duì)于FLOTHERM用戶而言僅有的EFD和FLOTHERM之間的操作差異物體沒有keypointed即便幾何模型沒有發(fā)生改變，但在從新定義材料等操作之后，需要從新進(jìn)行網(wǎng)格劃分。復(fù)制幾何模型的同時(shí)，不會(huì)復(fù)制物體特性重疊實(shí)體之間以材料為序，而不是通過實(shí)體間的優(yōu)先級(jí)在求解的同時(shí)，無法進(jìn)行前處理對(duì)于非常復(fù)雜的幾何模型，首次進(jìn)行項(xiàng)目向?qū)钑r(shí)間可能比較長(zhǎng)不具有并行功能通過saveas和replace重命名零件EFD具有更好的2D熱源功率的改變對(duì)溫度的影響很慢2-resistor模型需要2個(gè)正確面積的塊186散熱模型要求原則上，任何CAD文件都可用于電子散熱的計(jì)算，然而機(jī)械工程圖包含了太多的細(xì)節(jié)通常不是一個(gè)散熱模型!進(jìn)行簡(jiǎn)化并且需要改進(jìn)/替代去除螺釘，管腳，引腳，封口等封閉的孔洞

替代風(fēng)扇的葉片模型和拉伸的打孔板創(chuàng)建物理元件和板級(jí)模型187PCB板建模不是僅僅使用環(huán)氧材料(k=0.2W/mK)Level0:k=10W/mKLevel1:正交各向異性熱導(dǎo)率Level2:具有更多細(xì)節(jié)的獨(dú)立層Level4:所有回路(走路)。不建議平面方向熱導(dǎo)率

(W/mK)垂直平面方向熱導(dǎo)率

(W/mK)188IDF輸入IDF是一種標(biāo)準(zhǔn)的ASCII格式，用于板子輪廓和元件*brd,*bdf/*emn,*emp/*.bdf,*.ldf/

其它TherearedialectsspokenSpecificationavailableondemandFLOTHERM讀取僅僅邊框很快

尺寸和名稱可能過濾EFD.lab讀取所有細(xì)節(jié)很慢。

沒有過濾IDF元件僅僅是

“圖片”189IDF修復(fù)刪除不需要的小元件將它們的熱功耗施加至整個(gè)板子上

刪除管腳和不需要的細(xì)節(jié)(孔洞)通過元件模型取代芯片

2R詳細(xì)模型190PCB生成器

(EL模塊)通過手動(dòng)輸入K值，可以將平板定義為PCB板子。通過PCB生成器可以有更多應(yīng)用可以獲得雙軸熱導(dǎo)率值，自動(dòng)由PCB結(jié)構(gòu)和定義的導(dǎo)體和絕緣材料確定PCB板垂直和平面方向的熱導(dǎo)率。

PCB板也可以根據(jù)全局坐標(biāo)系進(jìn)行任意方向的布置。也就是，可以對(duì)傾斜的PCB

板進(jìn)行建模。191建模建議：PCB的外形必須是矩形。

在一塊傾斜PCB與另一塊非傾斜的PCB相交的例子中，推薦傾斜的PCB板直接插入至非傾斜PCB板或連接器中，并且需要對(duì)連接區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化。在右圖所示的例子中，連接區(qū)域需要很好的解決：最方便的方法就是在兩個(gè)連接器和兩個(gè)傾斜PCB邊緣應(yīng)用局部網(wǎng)格，之后對(duì)其設(shè)置相應(yīng)的網(wǎng)格細(xì)化等級(jí)。192熱過孔熱過孔通過一個(gè)實(shí)體建立，這一實(shí)體在垂直PCB板方向上具有等效導(dǎo)熱系數(shù)。需要了解詳細(xì)的圖層情況dviadCudpitch193封裝建模通常CAD元件庫中不具有元件熱模型晶體管建模Level0:僅僅使用一個(gè)銅塊作為熱源

刪除輔助的裝置（管腳，封裝)Level1:在塑料塊內(nèi)部增加一個(gè)硅芯片和銅元件相嵌(參見第三天內(nèi)容)Level2:利用管腳、芯片、粘合劑等建立熱模型194其它(邏輯)封裝Level0:具有均勻熱導(dǎo)率的塊k=5to20W/mK表征外殼溫度Level1:2-Resistor簡(jiǎn)化模型如果你認(rèn)可

datasheets

中的數(shù)據(jù)注意：只有在熱量主要是向PCB板或芯片封裝上部傳遞時(shí)，2R模型的概念才是正確的。在差不多一半的情況下是不夠精確的。

1952R-簡(jiǎn)化模型

(EL模塊)這是最為簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化模型，由結(jié)點(diǎn)至外殼

(Rjc)和結(jié)點(diǎn)至板子(Rjb)熱阻構(gòu)成。在EFD中，以上兩個(gè)參數(shù)被應(yīng)用至由兩個(gè)描述結(jié)和殼的兩個(gè)實(shí)體塊之上。內(nèi)置了標(biāo)準(zhǔn)的JEDEC封裝雙熱阻模型。196建模建議：外殼上表面應(yīng)細(xì)分，以便最小化網(wǎng)格的尺寸，這些網(wǎng)格在上表面邊緣劃分

(圖形中對(duì)應(yīng)的藍(lán)色網(wǎng)格)。通過設(shè)置控制平面，輕微的將其由邊緣移向表面中心或者在上表面采用局域化網(wǎng)格加密，可以滿足這一要求。差的結(jié)果：Cutoff的網(wǎng)格（藍(lán)色網(wǎng)格）總面積不足。

良好的結(jié)果(定義四個(gè)控制平面)：Cutoff的網(wǎng)格總面積可以忽略。

197EFD:EL-模塊功能列表升級(jí)焦耳加熱雙熱阻簡(jiǎn)化模型打孔板熱管簡(jiǎn)化模型PCB生成器EDB:元件雙熱阻模型庫EDB:打孔板庫EDB:風(fēng)扇廠商庫EDB:元件材料庫EDB:TEC廠商庫EDB:電子固體材料庫EDB:導(dǎo)熱界面材料

EDB=

EngineeringDatabase198EFD:電子特性使用升級(jí)FlowAnalysis菜單新的工具欄升級(jí)EngineeringDatabase199打孔板

(EL模塊)這一簡(jiǎn)化模型可以用于描述具有大量小孔的薄板。不需要進(jìn)行網(wǎng)格劃分，只需直接描述孔的特征?？梢栽谄渖隙x邊界條件，例如環(huán)境壓力條件或已定義的風(fēng)扇。

通過設(shè)置

FreeAreaRatio

、孔的形狀（圓形、矩形、多邊形）和尺寸可以定義打孔板。

自動(dòng)計(jì)算壓降損失系數(shù)（Pressuredropcoefficient）。200電方面效應(yīng)

“焦耳加熱”

(EL電子模塊)

導(dǎo)電體中穩(wěn)態(tài)直流電。焦耳加熱的影響

R*I2會(huì)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，并且可以包括在熱交換計(jì)算中。

材料的電阻可以使各向同性、各向異性和隨溫度變化。只能在導(dǎo)電固體中計(jì)算電壓和電流，也就是金屬和含有金屬的材料。

絕緣材料，半導(dǎo)體，流體和空的區(qū)域不參與至焦耳加熱的計(jì)算中。Thesepictureswillbereplaced201焦耳加熱

(EL模塊)建模建議建議很好的處理那些沒有與全局坐標(biāo)系對(duì)齊的薄元件，例如：薄曲導(dǎo)線。在厚度方向有5個(gè)網(wǎng)格可以獲得比較良好的薄曲導(dǎo)線仿真結(jié)果。如果元件與全局坐標(biāo)系對(duì)齊（不彎曲、未與網(wǎng)格成角度），則不需要細(xì)化該元件的網(wǎng)格。對(duì)于高導(dǎo)材料而言，建議提高網(wǎng)格求解精度。接觸的區(qū)域也應(yīng)通過計(jì)算網(wǎng)格進(jìn)行很好的處理。202熱管簡(jiǎn)化模型

(EL模塊)熱管的簡(jiǎn)化描述需要定義熱管的總有效熱阻（overalleffectivethermalresistance），這主要基于被設(shè)計(jì)系統(tǒng)的性能、元件對(duì)齊方向、定義的熱流方向兩個(gè)面。熱管的性能受很多因素影響，例如：傾斜方向、長(zhǎng)度等。通過定義不同的有效熱阻（effectivethermalresistance）用戶可以仿真模擬不同的情況。避免了模擬熱管內(nèi)部復(fù)雜的相變過程。203EngineeringDatabase–升級(jí)

(EL模塊)功能大量固體、風(fēng)扇、熱電制冷元件、雙熱阻元件被添加至工程數(shù)據(jù)庫中（EngineeringDatabase）。

增加了導(dǎo)熱界面材料庫。增加了一個(gè)實(shí)體描述的常用

IC封裝庫，它將IC封裝簡(jiǎn)化為具有等效密度、比熱和熱導(dǎo)率的一維實(shí)體，從而用于仿真模擬。獲益用于可以直接進(jìn)行預(yù)定義和驗(yàn)證電子元件的相關(guān)特性，這些元件是用戶設(shè)計(jì)中所采用的。方便用戶選擇合適和正確的元件數(shù)據(jù)。通過用戶自己定義或者用戶希望添加庫中沒有的元件供應(yīng)商數(shù)據(jù)，工程數(shù)據(jù)庫可以進(jìn)一步的擴(kuò)展。204EDB:風(fēng)扇制造商庫

(EL模塊)205EDB:元件材料庫

(EL

模塊)支持

JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的綜合性數(shù)據(jù)庫，JEDEC制定了單片機(jī)封裝元件熱模型的標(biāo)準(zhǔn)。支持以下封裝類型：CBGA,ChipArray,LQFP,MQFP,PBGA,PLCC,QFN,SOP,SSOP,TQFP,TSOP,TSSOP206EDB:TEC制造商庫

(EL模塊)支持Marlow

和Melcor的產(chǎn)品。207EDB:電子固體材料庫

(EL模塊)升級(jí)分類，包含了電子領(lǐng)域常用的材料。包含了所有合金、陶瓷、玻璃、礦石、壓層板、金