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1、热分析可协助设计人员确定PCB上部件的电气性能，帮助设计人员确定元器件或PCB是否会因为高温而烧坏。简单的热分析只是计算PCB的平均温度，复杂的则要对含多个PCB和上千个元器件的电子设备建立瞬态模型。 无论分析人员在对电子设备、PCB以及电子元件建立热模型时多么小心翼翼，热分析的准确程度最终还要取决于PCB设计人员所提供的元件功耗的准确性。在许多应用中重量和物理尺寸非常重要，如果元件的实际功耗很小，可能会导致设计的安全系数过高，从而使PCB的设计采用与实际不符或过于保守的元件功耗值作为根据进行热分析，与之相反(同时也更为严重)的是热安全系数设计过低，也即元件实际运行时的温度比分析人员预测的要高
2、，此类问题一般要通过加装散热装置或风扇对PCB进行冷却来解决。这些外接附件增加了成本，而且延长了制造时间，在设计中加入风扇还会给可靠性带来一层不稳定因素，因此PCB现在主要采用主动式而不是被动式冷却方式(如自然对流、传导及辐射散热)，以使元件在较低的温度范围内工作。热设计不良最终将使得成本上升而且还会降低可靠性，这在所有PCB设计中都可能发生，花费一些功夫准确确定元件功耗，再进行PCB热分析，这样有助于生产出小巧且功能性强的产品。应使用准确的热模型和元件功耗，以免降低PCB设计效率。1元件功耗计算 准确确定PCB元件的功耗是一个不断重复迭代的过程，PCB设计人员需要知道元件温度以确定出损耗功率
3、，热分析人员则需要知道功率损耗以便输入到热模型中。设计人员先猜测一个元件工作环境温度或从初步热分析中得出估计值，并将元件功耗输入到细化的热模型中，计算出PCB和相关元件“结点”(或热点)的温度，第二步使用新温度重新计算元件功耗，算出的功耗再作为下一步热分析过程的输入。在理想的情况下，该过程一直进行下去直到其数值不再改变为止。 然而PCB设计人员通常面临需要快速完成任务的压力，他们没有足够的时间进行耗时重复的元器件电气及热性能确定工作。一个简化的方法是估算PCB的总功耗，将其作为一个作用于整个PCB表面的均匀热流通量。热分析可预测出平均环境温度，使设计人员用于计算元器件的功耗，通过进一步重复计算
4、元件温度知道是否还需要作其他工作。 一般电子元器件制造商都提供有元器件规格，包括正常工作的最高温度。元件性能通常会受环境温度或元件内部温度的影响，消费类电子产品常采用塑封元件，其工作最高温度是85 ；而军用产品常使用陶瓷件，工作最高温度为125 ，额定最高温度通常是105 。PCB设计人员可利用器件制造商提供的“温度/功率”曲线确定出某个温度下元件的功耗。 计算元件温度最准确的方法是作瞬态热分析，但是确定元件的瞬时功耗十分困难。 一个比较好的折衷方法是在稳态条件下分别进行额定和最差状况分析。PCB受到各种类型热量的影响，可以应用的典型热边界条件包括： 前后表面发出的自然或强制对流； 前后表面发
5、出的热辐射； 从PCB边缘到设备外壳的传导； 通过刚性或挠性连接器到其他PCB的传导； 从PCB到支架(螺栓或粘合固定)的传导； 2个PCB夹层之间散热器的传导。 目前有很多种形式的热模拟工具，基本热模型及分析工具包括分析任意结构的通用工具、用于系统流程/传热分析的计算流体动力学(CFD)工具，以及用于详细PCB和元件建模的PCB应用工具。 2基本过程 在不影响并有助于提高系统电性能指标的前提下，依据提供的成熟经验，加速PCB热设计。 在系统及热分析预估及器件级热设计的基础上，通过板级热仿真预估热设计结果，寻找设计缺陷，并提供系统级解决方案或变更器件级解决方案。 通过热性能测量对热设计的效果进
6、行检验，对方案的适用性和有效性进行评价； 通过预估-设计-测量-反馈循环不断的实践流程，修正并积累热仿真模型，加快热仿真速度，提高热仿真精度；补充PCB热设计经验。3板级热仿真 板级热仿真软件可以在三维结构模型中模拟PCB的热辐射、热传导、热对流、流体温度、流体压力、流体速度和运动矢量,也可以模拟强迫散热、真空状态或自然散热等。目前可做板级热分析比较典型的软件有Flotherm，Betasoft等等。1、 热设计的重要性电子设备在工作期间所消耗的电能,除了有用功外,大部分转化成热量散发.电子设备产生的热量,使内部温度迅速上升,如果不及时将该热量散发,设备会继续升温,器件就会因过热失效,电子设备
7、的可靠性将下降. SMT使电子设备的安装密度增大,有效散热面积减小,设备温升严重地影响可靠性,因此,对热设计的研究显得十分重要. 2、印制电路板温升因素分析引起印制板温升的直接原因是由于电路功耗器件的存在,电子器件均不同程度地存在功耗,发热强度随功耗的大小变化. 印制板中温升的2种现象: (1)局部温升或大面积温升; (2)短时温升或长时间温升. 在分析PCB热功耗时,一般从以下几个方面来分析. 2.1电气功耗 (1)分析单位面积上的功耗; (2)分析PCB板上功耗的分布. 2.2印制板的结构 (1)印制板的尺寸; (2)印制板的材料. 2.3印制板的安装方式 (1)安装方式(如垂直安装,水平
8、安装); (2)密封情况和离机壳的距离. 2.4热辐射 (1)印制板表面的辐射系数; (2)印制板与相邻表面之间的温差和他们的绝对温度; 2.5热传导 (1)安装散热器; (2)其他安装结构件的传导. 2.6热对流 (1)自然对流; (2)强迫冷却对流. 从PCB上述各因素的分析是解决印制板的温升的有效途径,往往在一个产品和系统中这些因素是互相关联和依赖的,大多数因素应根据实际情况来分析,只有针对某一具体实际情况才能比较正确地计算或估算出温升和功耗等参数. 2、 FLOTHERM是一套由电子系统散热仿真软件先驱-英国FLOMERICS软件公司开发并广为全球各地电子电路设计工程师和电子系统结构设
9、计工程师使用的电子系统散热仿真分析软件，全球排名第一且市场占有率高达80%以上。FLOTHERM采用了成熟的CFD（Computational Fluid Dynamic计算流体动力学）和数值传热学仿真技术开发而成，同时它还结合了FLOMERICS公司在电子设备传热方面的大量独特经验和数据库，并拥有大量专门针对电子工业而开发的模型库。应用FLOTHERM可以从电子系统应用的环境层、电子系统层、电路板及部件层直至芯片内部详细结构层等各种不同层次对系统散热、温度场及内部流体运动状态进行高效、准确、简便的定量分析。它采用先进的有限体积法求解器，可以在三维结构模型中同时模拟电子系统的热辐射、热传导、热
10、对流以及流体温度、流体压力、流体速度和运动矢量等。对于国防领域经常碰到的多种冷却介质（如局部液冷）、有太阳辐射的户外设备和必须要考虑器件之间局部遮挡的高精度辐射散热计算等情况， FLOTHERM软件都有非常完善的处理能力，对外太空的辐射计算尤为有效和准确。FLOTHERM强大的前后处理模块不但可以直接转换各类主流MCAD和EDA软件设计好的几何模型以减少建立模型的时间，还可以将运算后的数据以温度场平面等势图和流体运动三维动画或报告等形式直观方便地显示出来。 FLOTHERM不但是全球第一套专业电子散热分析软件，也是目前唯一拥有全自动优化设计功能（Command Center）、全球标准IC封装
11、热分析模型库（Flopack）及CAD模型导入自动热等效简化功能的软件，其中Flopack芯片封装DELPHI热阻网络模型和详细热分析模型已被JEDEC组织作为全球唯一的IC标准热模型。可靠性分析工程师还可以利用Flo/Stress模块对IC和PCB进行进一步的热应力分析。 FLOTHERM在全球拥有超过3000家电子/IT/通讯/航空航天/军事行业用户和十几年不断应用并完善的经历，全球各主要用户都和FLOMERICS签有全球应用合同并保持极好的合作关系。他们不断对FLOTHERM提出有用的建议和应用经验，相互交换并共享各种热模型，使得FLOTHERM成为全球唯一通行的电子系统热模型标准。 以
12、下是FLOTHERM软件各模块主要功能： FLOTHERM-核心热分析模块，利用它可以完成从建立分析模型、求解计算、到可视化后处理、分析报告等所有基本功能。它可以完全满足系统级、板和组件级到封装级等各种层次的分析。该模块还包含TABLES-详细的分析结果数据报告等功能。 COMMAND CENTER-优化设计模块，FLOTHERM软件独特的Comand Centre优化设计模块能进行自动优化设计。Comand Centre的DOE（Design Of Experiment）功能和自动循序寻优功能(Sequential Optimization,简称SO)可以自动整理各种可变参数（几何、材料、功
13、耗、网格约束、表面属性、流体、边界条件）供用户选择，在用户指定优化设计参数空间并设定想要达到的优化设计目标（如IC温度、散热器温度与重量等，可以多优化目标加权组合）后，软件就可以在无设计人员参与的情况下依据设计约束和优化目标自动寻找符合该系统的优化设计方案。本优化工具不但可以优化设计散热器等关键器件，还能够进行如PCB板的器件布局优化、通风口位置及形状优化、模块及系统的风路设计与优化和风扇选型及安装位置优化等各种设计方案的优化。随着专家系统的不断引入，FLOTHERM的优化功能会越来越强大。FLOTHERM软件是全球电子热分析软件唯一具有自动优化设计能力的软件。 FLOMOTION-仿真结果动
14、态后处理模块，不仅有最大最小值指示、任意斜面的标量或矢量可视化、复杂空间等值（温度、压力、速度）曲面、物体表面温度分布、流线、真实感非常强的示踪粒子运动、流体质量流、热功率流、误差空间分布等多种可视化手段，而且提供用户大量的分析结果总结性数据：如传导、对流、辐射三种传热路径的效果，Heatsink等物体每个面的对流换热系数，风扇工作曲线及其真实工作点，通风孔的散热效率等等；它还可以将运算后的数据以流体示踪粒子三维动画等形式直观方便地显示出来。 FLO/MCAD-机械设计CAD（MCAD）软件接口模块，不但完全支持PRO/ENGINEER，SOLIDWORKS，CATIA等机械CAD软件几何模型
15、的直接调用并自动简化，还可以通过IGES、SAT、STEP、STL格式读入如UG、I-DEAS和AutoCAD等MCAD软件建立的三维几何实体模型，可以大大减少对复杂几何模型的建模时间。 FLOGATE（EDA）-电子电路设计软件（EDA）接口模块，完全兼容业界通行的IDF格式文件，支持CADENCE，MENTOR GRAPHIC，ZUKEN等大型EDA软件，可以大大减少对复杂PCB模型的建模时间。 FLOPACK-基于互联网的IC封装热分析模型库, FLOPACK是目前全球唯一的IC封装热分析模型库，也是JEDEC组织向全球推广的唯一热模型标准。利用FLOPACK模型库，电子热分析人员可以快速获得各种标准芯片封装的DELPHI热阻网络模型和详细热分析模型以及双热阻模型。大大方便热设计人员了解以前几乎不可能获得的芯片内部完整温度分布和准确的芯片结温与壳温。 FLOTRESS-IC封装与PCB热应力分析模块，利用FLOTHERM的模型并直接读取FLOTHERM分析的热场分布数据结合FLOSTRESS自带的有限元求解器，对IC封装与PCB进行热应力应变的深入分析。 基于互联网
