第十讲-电子散热基础课件.ppt

1、 .FloEFD 培训培训 184EFD vs. FLOTHERM矩形模型非常快的计算能力手动和即时的网格划分半自动或手动转换输入 CAD 模型 定义物体和参数化元件不需要 CAD 软件经验Command Center 优化功能具有很强的应用性只适用于电子散热领域 手动输入直走线上的电流各种 (曲面) 几何模型3-5 倍的计算时间和内存需求自动划分网格直接 CAD 模型输入-具有结构接口并且类似 CAD-适用很多流体动力学方面的物理问题具有焦耳加热的 3D 电仿真 .FloEFD 培训培训 185对于 FLOTHERM 用户而言仅有的 EFD 和 FLOTHERM 之间的操作差异物体没有 ke

2、ypointed即便几何模型没有发生改变，但在从新定义材料等操作之后，需要从新进行网格划分。复制几何模型的同时，不会复制物体特性重叠实体之间以材料为序，而不是通过实体间的优先级在求解的同时，无法进行前处理对于非常复杂的几何模型，首次进行项目向导所需时间可能比较长不具有并行功能通过 save as 和 replace 重命名零件EFD 具有更好的 2D 热源功率的改变对温度的影响很慢2-resistor 模型需要 2 个正确面积的块 .FloEFD 培训培训 186散热模型要求 原则上，任何 CAD 文件都可用于电子散热的计算，然而 机械工程图包含了太多的细节 通常不是一个散热模型! 进行简化并

3、且需要改进/替代 去除螺钉，管脚，引脚，封口等 封闭的孔洞 替代风扇的叶片模型和拉伸的打孔板 创建物理元件和板级模型 .FloEFD 培训培训 187PCB板建模不是仅仅使用环氧材料 (k=0.2 W/m K)Level 0: k=10 W/m KLevel 1: 正交各向异性热导率Level 2: 具有更多细节的独立层Level 4: 所有回路(走路)。不建议平面方向热导率 (W/mK)垂直平面方向热导率 (W/mK)NiiikdDk1nDdkkNiii1p .FloEFD 培训培训 188IDF 输入 IDF 是一种标准的 ASCII 格式，用于板子轮廓和元件 *brd,*bdf / *e

4、mn,*emp / *.bdf,*.ldf / 其它 There are dialects spoken Specification available on demand FLOTHERM 读取 仅仅边框很快 尺寸和名称可能过滤 EFD.lab 读取 所有细节很慢。 没有过滤 IDF 元件仅仅是 “图片” .FloEFD 培训培训 189IDF 修复 删除不需要的小元件 将它们的热功耗施加至整个板子上 删除管脚和不需要的细节(孔洞) 通过元件模型取代芯片 2R 详细模型 .FloEFD 培训培训 190PCB 生成器(EL 模块) 通过手动输入K值，可以将平板定义为PCB板子。 通过 PCB

5、 生成器可以有更多应用 可以获得双轴热导率值，自动由PCB结构和定义的导体和绝缘材料确定PCB板垂直和平面方向的热导率。 PCB板也可以根据全局坐标系进行任意方向的布置。 也就是，可以对倾斜的 PCB 板进行建模。 .FloEFD 培训培训 191建模建议：建模建议：PCB 的外形必须是矩形。 在一块倾斜 PCB 与另一块非倾斜的PCB 相交的例子中，推荐倾斜的PCB板直接插入至非倾斜 PCB 板或连接器中，并且需要对连接区域进行网格细化。在右图所示的例子中，连接区域需要很好的解决：最方便的方法就是在两个连接器和两个倾斜PCB边缘应用局部网格，之后对其设置相应的网格细化等级。 .FloEFD

6、培训培训 192热过孔 热过孔通过一个实体建立，这一实体在垂直PCB板方向上具有等效导热系数。 需要了解详细的图层情况dviadCudpitch2224)2(4pitchCuviaviaCundddd .FloEFD 培训培训 193封装建模 通常 CAD 元件库中不具有元件热模型 晶体管建模 Level 0: 仅仅使用一个铜块作为热源 删除辅助的装置（管脚，封装) Level 1: 在塑料块内部增加一个硅芯片和铜 元件相嵌 (参见第三天内容) Level 2: 利用管脚、芯片、粘合剂等建立热模型 .FloEFD 培训培训 194 其它 (逻辑) 封装 Level 0: 具有均匀热导率的块k=

7、5 to 20 W/m K 表征外壳温度 Level 1: 2-Resistor 简化模型 如果你认可 datasheets 中的数据 注意：只有在热量主要是向 PCB 板或芯片封装上部传递时，2R 模型的概念才是正确的。在差不多一半的情况下是不够精确的。 .FloEFD 培训培训 1952R- 简化模型(EL 模块)这是最为简单的网络简化模型，由结点至外壳 (Rjc) 和结点至板子 (Rjb) 热阻构成。在 EFD中，以上两个参数被应用至由两个描述结和壳的两个实体块之上。内置了标准的 JEDEC 封装双热阻模型。 .FloEFD 培训培训 196建模建议：建模建议：外壳上表面应细分，以便最小

8、化网格的尺寸，这些网格在上表面边缘划分 (图形中对应的蓝色网格)。 通过设置控制平面，轻微的将其由边缘移向表面中心或者在上表面采用局域化网格加密，可以满足这一要求。 差的结果：Cut off 的网格（蓝色网格）总面积不足。 良好的结果(定义四个控制平面)： Cut off 的网格总面积可以忽略。 .FloEFD 培训培训 197EFD: EL-模块功能列表升级焦耳加热双热阻简化模型打孔板热管简化模型PCB 生成器EDB: 元件双热阻模型库EDB: 打孔板库EDB:风扇厂商库EDB:元件材料库EDB: TEC 厂商库EDB:电子固体材料库EDB: 导热界面材料EDB = Engineering

9、Database .FloEFD 培训培训 198EFD: 电子特性使用 升级 Flow Analysis 菜单 新的工具栏 升级 Engineering Database .FloEFD 培训培训 199打孔板(EL 模块)这一简化模型可以用于描述具有大量小孔的薄板。不需要进行网格划分，只需直接描述孔的特征。可以在其上定义边界条件，例如环境压力条件或已定义的风扇。 通过设置 Free Area Ratio 、孔的形状（圆形、矩形、多边形）和尺寸可以定义打孔板。 自动计算压降损失系数 （Pressure drop coefficient）。 .FloEFD 培训培训 200电方面效应 “焦耳加

10、热”(EL 电子模块) 导电体中稳态直流电。焦耳加热的影响 R*I 会自动进行计算，并且可以包括在热交换计算中。 材料的电阻可以使各向同性、各向异性和随温度变化。只能在导电固体中计算电压和电流，也就是金属和含有金属的材料。 绝缘材料，半导体，流体和空的区域不参与至焦耳加热的计算中。These pictures will be replaced .FloEFD 培训培训 201焦耳加热 (EL 模块)建模建议建模建议建议很好的处理那些没有与全局坐标系对齐的薄元件，例如：薄曲导线。在厚度方向有5个网格可以获得比较良好的薄曲导线仿真结果。如果元件与全局坐标系对齐（不弯曲、未与网格成角度），则不需要细

11、化该元件的网格。对于高导材料而言，建议提高网格求解精度。接触的区域也应通过计算网格进行很好的处理。 .FloEFD 培训培训 202热管简化模型(EL 模块)热管的简化描述需要定义热管的总有效热阻（overall effective thermal resistance） ，这主要基于被设计系统的性能、元件对齐方向、定义的热流方向两个面。热管的性能受很多因素影响，例如：倾斜方向、长度等。通过定义不同的有效热阻（effective thermal resistance）用户可以仿真模拟不同的情况。避免了模拟热管内部复杂的相变过程。 .FloEFD 培训培训 203Engineering Data

12、base 升级(EL 模块)功能功能大量固体、风扇、热电制冷元件、双热阻元件被添加至工程数据库中（Engineering Database）。 增加了导热界面材料库。增加了一个实体描述的常用 IC 封装库，它将IC封装简化为具有等效密度、比热和热导率的一维实体，从而用于仿真模拟。获益获益用于可以直接进行预定义和验证电子元件的相关特性，这些元件是用户设计中所采用的。方便用户选择合适和正确的元件数据。通过用户自己定义或者用户希望添加库中没有的元件供应商数据，工程数据库可以进一步的扩展。 .FloEFD 培训培训 204EDB: 风扇制造商库 (EL 模块) .FloEFD 培训培训 205EDB:

13、 元件材料库 (EL 模块)支持 JEDEC 标准的综合性数据库，JEDEC 制定了单片机封装元件热模型的标准。支持以下封装类型：CBGA, Chip Array, LQFP, MQFP, PBGA, PLCC, QFN, SOP, SSOP, TQFP, TSOP, TSSOP .FloEFD 培训培训 206EDB: TEC 制造商库 (EL 模块)支持 Marlow 和 Melcor 的产品。 .FloEFD 培训培训 207EDB:电子固体材料库 (EL 模块)升级分类，包含了电子领域常用的材料。包含了所有合金、陶瓷、玻璃、矿石、压层板、金属、聚合体和半导体等材料特性。对于常用的 IC 封装，包括了一个 one-resistor 库。 .FloEFD 培训培训 208EDB: 导热界面材料库 (EL 模块)支持 Bergquist, Chomerics, Dow Corning 和 Thermagon 等厂商的导热界面材料接触热阻经常是用户所需要考虑的，并且合适的数据很难确定, 所以这些基于制造商的数据一般认为是可靠和可信的。