第十讲--电子散热基础课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,.,FloEFD,培训,184,EFD 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,184EFD vs.F,184,185,对于,FLOTHERM,用户而言仅有的,EFD,和,FLOTHERM,之间的操作差异,物体没有,keypointed,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,185对于 FLOTHERM 用户而言仅有的 EFD 和 F,185,186,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,186散热模型要求原则上，任何 CAD 文件都可用于电子散热,186,187,PCB,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 K,Level 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),187PCB板建模不是仅仅使用环氧材料(k=0.2 W/m,187,188,IDF,输入,IDF,是一种标准的,ASCII,格式，用于板子轮廓和元件,*brd,*bdf /*emn,*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”,188IDF 输入IDF 是一种标准的 ASCII 格式，用,188,189,IDF,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,189IDF 修复删除不需要的小元件,189,190,PCB,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,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。,190PCB 生成器(EL 模块)通过手动输入K值，可以将,190,191,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。,191建模建议：,191,192,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,d,via,d,Cu,d,pitch,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,192,193,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,193封装建模通常 CAD 元件库中不具有元件热模型,193,194,其它,(,逻辑,),封装,Level 0:,具有均匀热导率的块,k,=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。,194其它(逻辑)封装,194,195,2R-,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。,1952R-简化模型(EL 模块)这是最为简单的网络简化,195,196,建模建议：,外壳上表面应细分，以便最小化网格的尺寸，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。,196建模建议：,196,197,EFD:EL-,模块功能列表,EDB=,Engineering Database,197EFD:EL-模块功能列表EDB=Engine,197,198,EFD:,电子特性使用,升级,Flow Analysis,菜单,新的工具栏,升级,Engineering Database,198EFD:电子特性使用升级 Flow Analysis,198,199,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,）。,199打孔板(EL 模块)这一简化模型可以用于描述具有大量,199,200,电方面效应,“,焦耳加热”,(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,200电方面效应“焦耳加热”(EL 电子模块)导电体中,200,201,焦耳加热,(EL,模块,),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。,201焦耳加热(EL 模块)建模建议,201,202,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。,202热管简化模型(EL 模块),202,203,Engineering Database,升级,(EL,模块,),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,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。,203Engineering Database 升级(,203,204,EDB:,风扇制造商库,(EL,模块,),204EDB:风扇制造商库(EL 模块),204,205,EDB:,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,205EDB:元件材料库(EL 模块)支持 JEDEC,205,206,EDB:TEC,制造商库,(EL,模块,),支持,Marlow,和,Melcor,的产品。,206EDB:TEC 制造商库(EL 模块)支持 Ma,206,207,EDB:,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。,207EDB:电子固体材料库(EL 模块)升级分类，包含,207,208,EDB:,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。,208EDB:导热界面材料库(EL 模块)支持 Ber,208,