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1.PCB板上熱量主要于功耗元件，如：變壓器、大功率晶體管、大功率電阻等。它們的功耗主要以熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射的形式散發(fā)到周圍的介質(zhì)中，只有小部分以電磁波形式散出。所以，若要提高PCB板電子元件的穩(wěn)定性、可靠性，必須清楚的了解PCB板上關(guān)鍵元件的功耗及其板上的溫度場(chǎng)分布，做到合理布局。 在進(jìn)行熱模擬時(shí)，通常采用有限元或有限差分的方法解熱傳輸和流體流動(dòng)方程。本文采用有限元分析。有限元對(duì)解復(fù)雜的幾何形狀更準(zhǔn)確,允許在有些區(qū)域加密網(wǎng)格,如板或系統(tǒng)的部份區(qū)域比其他部份更為感興趣,就可以在這些區(qū)域把網(wǎng)格加密,而其他區(qū)域網(wǎng)格稀疏一點(diǎn)。但是網(wǎng)格加密不能從一種密度直接跳躍到另一種密度,只許逐漸加密。 2、基本傳熱原理及ANSYS有限元熱模擬流程 2.1熱傳導(dǎo) 傅立葉定律（又稱導(dǎo)熱基本定律）： （1） 式中：Q為時(shí)間t內(nèi)的傳熱量，K為熱傳導(dǎo)率，T為溫度，A為平面面積，T為兩平面之間的距離。 2.2表面熱對(duì)流 表面積為Ａ，傳遞熱量Ｑ時(shí), ,當(dāng)表面與環(huán)境的溫差為Ｔw-Ｔf時(shí) Ｑ=ｈＡ(Ｔw-Ｔf) (2) ｈ為表面對(duì)流換熱系數(shù).通過(guò)這個(gè)公式可以計(jì)算對(duì)流換熱系數(shù)。在本文中自然對(duì)流換熱系數(shù)主要通過(guò)這個(gè)公式來(lái)計(jì)算。這里PCB板的熱輻射可以不作考慮，故忽略。 同時(shí)這里值得提出的是PCB板上功耗元件的生熱率問(wèn)題，功率芯片的耗散的功率在ANSYS中用生熱率HGEN來(lái)表示，其計(jì)算公式如下： 其中：P為功耗，V為元件的體積 2.3 ANSYS有限元熱模擬流程 本文通過(guò)ANSYS軟件創(chuàng)建幾何模型，以底向上和自頂向下方法創(chuàng)建實(shí)體模型。在創(chuàng)建實(shí)體模型過(guò)程中，由于電子元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了網(wǎng)格劃分方便及結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以簡(jiǎn)化實(shí)體模型，選用適合不規(guī)則形狀單元?jiǎng)澐值腟OLID87 10節(jié)點(diǎn)單元。 3、有限元求解溫度場(chǎng) 3.1 二維溫度場(chǎng)實(shí)例分析 布局1：Chip1 ，Chip2并排一側(cè)邊，Chip3緊靠Chip1一側(cè)。 最高溫度為101.5℃，最低溫度為92.7℃。 布局2：Chip1 ，Chip2并排一側(cè)邊，Chip3在PCB板另一側(cè)。最高溫度為90℃，最高溫度為70.7℃。 3.2比較分析 1、比較兩個(gè)最終模擬溫度場(chǎng)的分析結(jié)果，可以明顯發(fā)現(xiàn)布局2的最高溫度和最低溫度均得到很大程度的降低（約10∽20℃），這個(gè)數(shù)值對(duì)電子的熱可靠性是非常可觀的。例如,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,民航的電子設(shè)備每降低1℃,其失效率將下降4%,可見溫升的控制(熱設(shè)計(jì))是十分重要的問(wèn)題。從而提高設(shè)備的可靠性。 2、這兩個(gè)溫度場(chǎng)分布圖同時(shí)都體現(xiàn)了同一個(gè)問(wèn)題：當(dāng)元件分布較密集時(shí)，其溫度場(chǎng)分布呈不規(guī)則狀態(tài)，高溫區(qū)和低溫區(qū)無(wú)法確定。因此，在PCB板布局時(shí)應(yīng)充分注意功耗元件密集區(qū)，此處應(yīng)盡可能不放或少放熱敏感元件。 3、有限元分析中的對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)于不同的元件值不同,而且如果僅用點(diǎn)測(cè)結(jié)果來(lái)計(jì)算會(huì)使ｈ值偏小,所以要作一些修正.把功耗大的ｈ值調(diào)用稍大,再把計(jì)算與測(cè)量結(jié)果對(duì)比,不斷調(diào)整ｈ值，直到基本符合為止. 4、在不同的溫度場(chǎng)分布中，雖然所顯示的顏色是一樣的，但同一顏色所表示的溫度值不一樣，它們是用來(lái)表明高溫區(qū)到低溫區(qū)的趨勢(shì)。 5、邊界條件也很重要,在建模時(shí)給定的邊界條件要確保正確。 3.3 三維溫度場(chǎng)實(shí)例分析 PCB板上有三個(gè)芯片，布局、所有參數(shù)同2。 4、結(jié)論與分析 1、從表面上看三維溫度場(chǎng)模擬結(jié)果不如兩維的理想，實(shí)際上并不是如此。在三維模擬中所指示的最高溫度是元件芯片位置,此處溫度實(shí)際上就比元件表面溫度高。所以，布局2的模擬結(jié)果是合理的。 2、三維模型更復(fù)雜。為了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，芯片材料可以等同看成是由三層不同材料構(gòu)成，以簡(jiǎn)化模型。 3、三維模型的建立以及結(jié)果的處理都要耗很大的精力和時(shí)間，而且對(duì)材料和結(jié)構(gòu)要求要比二維詳細(xì)和具體。雖然三維模擬能得到更多的信息，但二維也可以快速的得到大致的溫度場(chǎng)分布情況。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體的實(shí)際情況決定選用這兩種方式。如需PCB打樣可以登陸www.jiepei.com/g590注冊(cè)下單，qq2850289243歡迎咨詢。 
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