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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、對流和輻射的形式散發到周圍的介質中，只有小部分以電磁波形式散出。所以，若要提高PCB板電子元件的穩定性、可靠性，必須清楚的了解PCB板上關鍵元件的功耗及其板上的溫度場分布，做到合理布局。 在進行熱模擬時，通常采用有限元或有限差分的方法解熱傳輸和流體流動方程。本文采用有限元分析。有限元對解復雜的幾何形狀更準確,允許在有些區域加密網格,如板或系統的部份區域比其他部份更為感興趣,就可以在這些區域把網格加密,而其他區域網格稀疏一點。但是網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 傅立葉定律（又稱導熱基本定律）： （1） 式中：Q為時間t內的傳熱量，K為熱傳導率，T為溫度，A為平面面積，T為兩平面之間的距離。 2.2表面熱對流 表面積為Ａ，傳遞熱量Ｑ時, ,當表面與環境的溫差為Ｔw-Ｔf時 Ｑ=ｈＡ(Ｔw-Ｔf) (2) ｈ為表面對流換熱系數.通過這個公式可以計算對流換熱系數。在本文中自然對流換熱系數主要通過這個公式來計算。這里PCB板的熱輻射可以不作考慮，故忽略。 同時這里值得提出的是PCB板上功耗元件的生熱率問題，功率芯片的耗散的功率在ANSYS中用生熱率HGEN來表示，其計算公式如下： 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ANSYS軟件創建幾何模型，以底向上和自頂向下方法創建實體模型。在創建實體模型過程中，由于電子元件結構復雜，為了網格劃分方便及結果的準確性，可以簡化實體模型，選用適合不規則形狀單元劃分的SOLID87 10節點單元。 3、有限元求解溫度場 3.1 二維溫度場實例分析 布局1：Chip1 ，Chip2并排一側邊，Chip3緊靠Chip1一側。 最高溫度為101.5℃，最低溫度為92.7℃。 布局2：Chip1 ，Chip2并排一側邊，Chip3在PCB板另一側。最高溫度為90℃，最高溫度為70.7℃。 3.2比較分析 1、比較兩個最終模擬溫度場的分析結果，可以明顯發現布局2的最高溫度和最低溫度均得到很大程度的降低（約10∽20℃），這個數值對電子的熱可靠性是非常可觀的。例如,統計數據表明,民航的電子設備每降低1℃,其失效率將下降4%,可見溫升的控制(熱設計)是十分重要的問題。從而提高設備的可靠性。 2、這兩個溫度場分布圖同時都體現了同一個問題：當元件分布較密集時，其溫度場分布呈不規則狀態，高溫區和低溫區無法確定。因此，在PCB板布局時應充分注意功耗元件密集區，此處應盡可能不放或少放熱敏感元件。 3、有限元分析中的對流換熱系數對于不同的元件值不同,而且如果僅用點測結果來計算會使ｈ值偏小,所以要作一些修正.把功耗大的ｈ值調用稍大,再把計算與測量結果對比,不斷調整ｈ值，直到基本符合為止. 4、在不同的溫度場分布中，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，它們是用來表明高溫區到低溫區的趨勢。 5、邊界條件也很重要,在建模時給定的邊界條件要確保正確。 3.3 三維溫度場實例分析 PCB板上有三個芯片，布局、所有參數同2。 4、結論與分析 1、從表面上看三維溫度場模擬結果不如兩維的理想，實際上并不是如此。在三維模擬中所指示的最高溫度是元件芯片位置,此處溫度實際上就比元件表面溫度高。所以，布局2的模擬結果是合理的。 2、三維模型更復雜。為了模擬結果的準確性，芯片材料可以等同看成是由三層不同材料構成，以簡化模型。 3、三維模型的建立以及結果的處理都要耗很大的精力和時間，而且對材料和結構要求要比二維詳細和具體。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分布情況。所以，在實際應用中，可以根據具體的實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注冊下單，qq2850289243歡迎咨詢。 
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