flotherm—电子器件及设备热设计cfd解决方案

《flotherm—电子器件及设备热设计cfd解决方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《flotherm—电子器件及设备热设计cfd解决方案（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 北京海基嘉盛科技有限公司 FloTHERM电子器件及设备热设计电子器件及设备热设计 CFD 解决方案解决方案 北京海基嘉盛科技有限公司北京海基嘉盛科技有限公司 2012 年年 7 月月 北京海基嘉盛科技有限公司 目录目录 1电子器件电子器件/设备热设计需求分析设备热设计需求分析 . 1 2. 公司及产品简介公司及产品简介 . 2 2.1 Mentor Graphics 公司简介 2 2.2 FloTHERM 简介 2 2.2.1 FloTHERM 应用范围 3 2.2.2 FloTHERM 包含的主要模块 . 3 2.2.3 FloTHERM 全面的仿真能力 . 4 2.2.4 FloTHE

2、RM 参数化的建模功能 6 2.2.5 FloTHERM 专业稳定的求解器与网格技术 8 2.2.6 FloTHERM 4CC 自动优化设计功能 11 3. FloTHERM 与通用与通用 CFD 软件对比软件对比 12 4. FloTHERM 典型应用案例典型应用案例 13 4.1 FloTHERM 服务器散热设计 13 4.2 FloTHERM 航空电子设备产品应用 14 4.3 FloTHERM 电源应用. 15 4.4 FloTHERM 交换机应用 . 17 4.5 FloTHERM 车载雷达户外接收机箱设计. 18 5. FloTHERM 在全球的部分客户在全球的部分客户 21 6.

3、 海基科技简介海基科技简介 23 1 1电子器件电子器件/设备热设计需求分析设备热设计需求分析 在电子封装技术水平不断提高的当今， 电子产品的外形尺寸也朝着轻便小巧的 方向发展，从而使得单位热流密度值迅速增大。电子产品输出的是电信号，输入功 率的很大一部分都成为了热功耗。这部分热功耗会造成元器件结点温度的急剧升 高， 而电子产品的温度对其能否安全可靠地运行影响非常之大。 当元器件在很高的 温度下工作时，其失效率按指数关系增长。不仅如此，电子产品的行业特性决定了 其产品更迭迅速，在合理地对产品进行热设计，使其安全可靠运行的同时，如何加 快产品的研发周期也成了重中之重。 随着CFD技术的发展， 热

4、设计的方法也由之前的手工计算方案转为CFD方案。 CFD 解决方案不仅解决了手工计算方案无法考虑 3D 计算、 计算结果不精确及无法 对系统散热性能改善提供帮助等问题，更加快了电子产品的设计周期。 作为产品设计的一部分，CFD 仿真一直以来被认为不易操作、应用不灵活和 计算费时等，直接导致绝大部分工程师没有使用 CFD 软件的技能和知识。这是因 为以前及现在很多 CFD 软件都需要用户具有深厚的计算流体动力学方面的专业 知识，从而有把握获得精确的仿真结果。例如，用户需要知道如何将他们的 CAD 模型转换到 CFD 软件中，如何对模型进行布尔操作，从而对流动区域进行实体建 模、创建网格、确定边界

5、条件、选择正确的物理模型，调整求解设置确保迭代收敛 等其他工作。此外大部分 CFD 软件都需要用户进行大量的调整，诸如手动修改网 格以提高网格质量，调整松弛因子等求解控制选项以获得结果收敛等。 但最近几年新一代 CFD 软件的出现， 克服了这些缺点。 这种软件使用 3D CAD 模型， 自动探测流动区域和划分网格， 使不具有深厚计算流体动力学知识的工程师 也能轻松使用。新一代 CFD 软件包含了成熟的自动控制功能，不必进行手动调整 就可以确保结果收敛。 同时软件采用先进的网格划分技术， 使得计算时间大为缩短。 使工程师可以将更多的时间和精力投入到优化产品的性能当中。 2 操作此类软件仅仅需要会

6、使用 CAD 软件和了解物理模型，这些都是绝大部 分工程师早已掌握的。使用原有的 3D CAD 模型不仅仅节省了时间，而且使捕捉 所有 3DCAD 模型的特征成为可能。这类软件中也包含所有的热交换机理，可以进 行可靠的分析。在进行 CFD 仿真时许多过程都会自动进行，且允许工程师可以快 速的对大量设计方案进行评估。FloTHERM 就是典型的新一代针对电子产品热设 计的 CFD 软件。 2. 公司及产品简介公司及产品简介 2.1 Mentor Graphics 公司简介公司简介 Mentor Graphics 是电子设计自动化（EDA）和机械分析技术（MCAE）技术 的领导厂商，提供完整的软件

7、和硬件设计解决方案，让客户能在短时间内，以最低 的成本， 在市场上推出功能强大的电子产品。 当今电路板与半导体元件变得更加复 杂， 并随着深亚微米工艺技术在系统单芯片设计的深入应用， 要把一个具有创意的 想法转换成市场上的产品，其中的困难度已大幅增加；为此 Mentor Graphics 提供 了技术创新的产品与完整解决方案，让工程师得以克服他们所面临的设计挑战。 Mentor Graphics 公司创立于 1981 年，总部位于美国的 Wilsonville，Oregon， 在 2011 年的营收超过 9 亿美元。 Mentor Graphics 于 1989 年率先进驻中国，并将中国总部设

8、于上海，且在北京 和深圳设有办事处。Mentor Graphics 拥有世界级的研发部门，在全球有 76 个办事 处。与世界知名的电子产品制造商、供应商及半导体厂商结成战略联盟，开发新的 设计解决方案服务于现代高科技产业。 2.2 FloTHERM 简介简介 FloTHERM 是 Mentor Graphics 公司专业电子热设计分析软件，作为全球第一 款专门针对电子器件/设备热设计而开发的仿真软件，可以实现从元器件级、PCB 板和模块级、系统级到环境级的热分析。 3 FloTHERM 软件自 1989 年推出以来就一直居于市场领导地位（市场占有率高 达 70%）并引领该行业的技术发展。其研发

9、人员是全球最早开始研究 CFD 理论的 科研人员，也是最早一批将传统的 CFD 仿真技术工程化的技术先驱。 FloTHERM 软件第一版问世至今日，FloTHERM 的目标一直非常明确，成为 电子散热系统最好、最受用户喜欢的软件。FloTHERM 是电子行业热分析软件的 市场领袖，在整个行业其拥有绝对强势的用户、应用案例、热分析模型库、技术文 章。据第三方统计数据，全球 98%的用户乐意向同行推荐 FloTHERM。 2.2.1 FloTHERM 应用范围应用范围 元器件级：芯片封装的散热分析 板级和模块级：PCB 板的热设计和散热模块的设计优化 系统级：机箱、机柜等系级散热方案的选择及优化、

10、散热器件的选型 环境级：机房、外太空等大环境的热分析 元器件级元器件级 板级和模块级板级和模块级 系统级系统级 环境级环境级 2.2.2 FloTHERM 包含的主要模块包含的主要模块 FloTHERM Ap SWFloTHERM 基本包：基本包：包含前后处理器以及求解器（单 核） ，实现建模、网格划分、运行计算、仿真结果展现等所有基本功能。 FloTHERM Parallel Ap SW并行计算模块：并行计算模块： 包含了前处理、 求解器 （多核） 和后处理功能。核数不受限，目前支持单机并行。 4 FlotTHERM FloTHERM Parallel Upg SW对于 FloTHERM 原

11、有客户进 行并行升级的模块。 FloTHERM pre/post Processor Ap SW前后处理器：前后处理器：包含建模、网格划分、 仿真结果展现等基本功能，可允许客户额外增加前后处理器的数量。 FloTHERM Slover Op SWFloTHERM 求解器：求解器：允许客户额外增加的基本 （单核）求解器的数量。 FloTHERM Parallel Solver Op SW允许处理器的并行和 Flotherm parallel 客户可以额外再增加的并行求解器数量。 FloTHERM 4CC Parallel Solver Op SW优化设计模块：优化设计模块： 进行目标驱动的自 动

12、优化设计， 可以进行温度场、 流场、 重量及结构尺寸等方面的自动优化设计； 包含 DOE(实验设计法)，SO(自动循序优化)，RSO(响应面法优化)等先进优化 方法。 FloTHERM PCB Ap SW电路板级电子产品的热设计工具：电路板级电子产品的热设计工具：为优化印刷电 路板热设计提供跨专业的设计环境，使电路板设计工程师能够在设计电路板的 概念阶段就很容易地将热设计考虑在内。 FloTHERM Pack Subscription网络产品：网络产品：基于互联网的 IC 封装热模型数 据库，JEDEC 组织唯一认证的 IC 热封装标准模型库。使用日常应用的网络浏 览器，输入最基本的芯片封装参

13、数，即可生成可靠、准确的 IC 封装以及相关 器件的热模型。 FloTHERM IC Solve Subscription网络产品：网络产品：针对半导体行业主要热特征 与热设计的高度自动化分析软件， FloTHERM IC 结合了 FloTHERM.PACK 模 型生成工具的封装技术，并基于行业领先的 FloTHERM 求解技术，同时与封 装级 EDA 工具兼容。 2.2.3 FloTHERM 全面的仿真能力全面的仿真能力 传热分析：传热分析：全面分析电子系统的热传导、对流及热辐射、分析出电子设备内部 5 的温度场和热流量场等； 流场分析：流场分析：自然冷却、强迫冷却及混合冷却的分析功能，全面

14、分析出电子设备 内的速度场、流量场及压力场； 瞬态分析：瞬态分析：具备变化功耗和变化环境的瞬态分析功能，不但可以进行开机、关 机、故障的瞬态分析，同时也能进行变化功耗及环境变化情况下的瞬态分析； 自然对流自然对流 强迫对流强迫对流 瞬态功耗及其温度响应瞬态功耗及其温度响应 辐射计算：辐射计算： 是目前唯一可以全部采用高精度 Monte-Carlo 方法进行辐射计算的 电子散热仿真软件，非常适合密闭设备及外太空电子设备的计算； 6 外太空电子设备的热分析外太空电子设备的热分析 太阳辐射：太阳辐射： 可以自动确定太阳的入射角和辐射强度， 自动计算太阳辐射的遮挡、 吸收、反射、透射、折射，同时可以分

15、别考虑太阳辐射的吸收率与红外发射 率的不同； 液冷分析：液冷分析：可以分析含多种冷却介质的散热系统，如对液冷、风冷同时存在的 电子设备或冷板等的热分析； 多项冷却介质冷却模型多项冷却介质冷却模型 2.2.4 FloTHERM 参数化的建模功能参数化的建模功能 FloTHERM 软件提供了专门应用于电子设备热分析的 SMART-PART 技术，提 供了电子设备的参数化三维建模： 1) 基本几何形体的建模：基本几何形体的建模： 提供了立方体、棱柱、圆柱、圆球、斜板等基本形体的模型建立： 7 Racal 公司的雷达防御系统热分析公司的雷达防御系统热分析 Ascom 公司的散热冷板分析公司的散热冷板分

16、析 2) 典型电子器件的建模：典型电子器件的建模： 提供了机箱、风扇、散热器、滤网、热交换器、热管、冷板、TEC(半导体制 冷器)等电子设备内的常有器件的参数化模型建立： TEC 和机箱模型和机箱模型 3) 简化模型的建立：简化模型的建立： 可以进行模型的简化，软件提供了薄板导热模型和热阻-热容网络模型，同时 也提供热源和阻尼模型的建立，将器件的热源特性和阻尼特性进行输入仿真： 8 薄板模型薄板模型 热阻热阻-热容网络模型热容网络模型 4) 高级高级 Zoom-in 功能：功能： 高级 Zoom-in 功能可将上级模型计算结果作为下级模型计算的边界条件， 使得 模型计算结果层层传递，从系统级到子系统级，简化计算过程，减轻工作量，从而 大大缩减模型分析时间。 高级高级 Zoom-in 功能功能 2.2.5 FloTHERM 专业稳定的求解器与网格技术专业稳定的求解器与网格技术 求解器：