Noticias de PCB - Aplicación del método de modelado cfd en el diseño térmico de PCB

A medida que el nivel de potencia necesario para la aplicación del regulador multifásico es cada vez más alto y el área de la placa de circuito disponible continúa disminuyendo, el diseño de cableado de la placa de circuito PCB se ha convertido en una parte importante del diseño térmico del regulador. La placa de PCB puede ayudar a disipar la mayor parte del calor generado por el regulador, que en muchos casos es la única forma de disipar el calor. Los rastros cuidadosamente diseñados pueden mejorar las propiedades térmicas de la placa de circuito mejorando la conductividad térmica efectiva alrededor del MOSFET y el ic.

Por otro lado, para reducir costos, es necesario reducir el cableado innecesario. Por lo tanto, para lograr los objetivos anteriores, es necesario estimar y ajustar los cambios en la conductividad térmica de los PCB alrededor del regulador de tensión y su impacto en el rendimiento térmico del regulador de tensión durante la fase de diseño.

Un método común de análisis térmico consiste en calcular el promedio de la conductividad térmica paralela efectiva y la conductividad térmica positiva de toda la placa de circuito en función del número, espesor y cobertura de la capa de cobre y el grosor total de la placa de circuito, y luego calcular la conductividad térmica de la placa de circuito utilizando la conductividad térmica paralela media y la conductividad térmica positiva. Sin embargo, este método no es adecuado cuando hay que tener en cuenta los cambios locales en la conductividad térmica de la placa de circuito.

Icepak es una herramienta de software de modelado térmico que se puede utilizar para estudiar cambios locales en la conductividad térmica de las placas de circuito. Además de la función de dinámica de fluidos computacional (cfd), la herramienta de software también tiene en cuenta el cableado y el paso de agujeros de la placa de circuito para calcular la distribución de la conductividad térmica de toda la placa de circuito. Esta característica hace que icepak sea muy adecuado para los siguientes trabajos de Investigación.

Diseño original y verificación del modelo

El modelo icepak se crea a partir de archivos ECAD en la aplicación del servidor 1u. Importar el rastro y la información de paso de la placa de circuito original al modelo.

Para comprobar la distribución de la conductividad térmica, se puede asignar una condición de límite de temperatura constante de 45 grados centígrados a la parte posterior de la placa de PCB y una condición de límite de flujo térmico uniforme a la parte superior del pcb.

Las altas temperaturas indican una baja conductividad térmica y las bajas temperaturas indican una alta conductividad térmica. Como se puede ver en la imagen, la temperatura en las áreas sin rastros es más alta y la temperatura en las áreas con más rastros es más baja. En áreas con agujeros grandes, la temperatura es cercana a 45 ° c.

Esto demuestra que la distribución de la conductividad térmica es consistente con la distribución traza en el diseño original. Para obtener el efecto local del pequeño agujero, se debe utilizar un tamaño de malla de fondo más pequeño.

En este caso, el tamaño de la cuadrícula de fondo es de 1 * 1 mm. Cada cuadrícula contiene una unidad de placa de circuito que tiene su propia conductividad térmica en las direcciones de las coordenadas x, y y z, generalmente con valores diferentes.

En este modelo, la pérdida de potencia del componente regulador y el rastro. Estos valores de pérdida de potencia han sido verificados en las pruebas anteriores.

Modelo de aplicación 1u, en el que hay flujo de aire por encima de la placa de circuito. La temperatura ambiente es de 25 ° C y el caudal de aire interior es de 400 lfm. La figura 2B muestra la temperatura de la superficie superior de la placa de circuito y el componente. El componente con mayor temperatura es el MOSFET en el regulador.

Al comparar los resultados de la simulación de temperatura máxima de cada grupo de componentes clave con los resultados de la prueba, encontramos que tienen una buena consistencia.

Reducir el rastro de la placa de circuito

El diseño original de PCB tiene una cobertura de rastreo relativamente grande, con el objetivo de aumentar la disipación de calor en la placa de circuito, reduciendo así la temperatura del regulador de voltaje. Sin embargo, en algunos casos, para reducir los costes, es necesario reducir la cobertura de rastreo sin utilizar radiadores. Por lo tanto, se modificará el rastro y luego se utilizará el modelo de verificación para predecir la temperatura del regulador.

Lo anterior es una introducción a la aplicación del diseño térmico de PCB utilizando el método de modelado cfd. El IPCB también está disponible para los fabricantes de PCB y la tecnología de fabricación de pcb.