L'actualité PCB - Application des méthodes de modélisation CFD à la conception thermique de PCB

Avec des niveaux de puissance de plus en plus élevés requis pour les applications de régulateur polyphasé et une surface de carte disponible en constante diminution, la conception de câblage de carte PCB est devenue une partie importante de la conception thermique du régulateur. Une carte PCB peut aider à dissiper la majeure partie de la chaleur générée par un régulateur et, dans de nombreux cas, c'est le seul moyen de dissiper la chaleur. Des traces bien conçues peuvent améliorer les performances thermiques de la carte en améliorant la conductivité thermique efficace autour du MOSFET et de l'IC.

D'autre part, pour réduire les coûts, il est nécessaire de réduire le câblage inutile. Par conséquent, pour atteindre les objectifs ci - dessus, il est nécessaire d'estimer et d'ajuster les variations de conductivité thermique du PCB autour du régulateur de tension et leur impact sur les performances thermiques du régulateur de tension pendant la phase de conception.

Une méthode courante d'analyse thermique consiste à calculer la moyenne de la conductivité thermique parallèle effective et de la conductivité thermique positive pour l'ensemble de la carte en fonction du nombre, de l'épaisseur et de la couverture des couches de cuivre et de l'épaisseur totale de la carte, puis à utiliser la conductivité thermique parallèle moyenne et la conductivité thermique positive pour calculer la conductivité thermique de la carte. Cependant, une telle approche n'est pas appropriée lorsqu'il faut tenir compte des variations locales de conductivité thermique de la carte.

Icepak est un outil logiciel de modélisation thermique qui peut être utilisé pour étudier les variations locales de la conductivité thermique d'une carte de circuit imprimé. En plus de la fonction de dynamique des fluides computationnelle (CFD), cet outil logiciel prend en compte le câblage et le perçage de la carte pour calculer la distribution de conductivité thermique de la carte dans son ensemble. Cette caractéristique rend icepak idéal pour les travaux de recherche suivants.

Conception originale et validation du modèle

Le modèle icepak est créé à partir d'un fichier ECAD dans une application serveur 1U. Importez les traces et les informations de trou de la carte d'origine dans le modèle.

Pour vérifier la distribution de conductivité thermique, une condition limite de température constante de 45 degrés Celsius peut être assignée à la face arrière de la carte PCB et une condition limite de flux thermique uniforme peut être assignée à la partie supérieure de la carte PCB.

La haute température indique une faible conductivité thermique et la basse température une conductivité thermique élevée. Comme on peut le voir sur la figure, les zones sans traces ont des températures plus élevées et les zones avec plus de traces ont des températures plus basses. Dans la zone à grands trous, la température est proche de 45°C.

Cela indique que la distribution de conductivité thermique est cohérente avec la distribution des traces dans la conception originale. Pour obtenir un effet local de petits trous, une plus petite taille de grille de fond doit être utilisée.

Dans cet exemple, la taille de la grille de fond est de 1 * 1 mm. Chaque maille contient une cellule de carte de circuit qui a sa propre conductivité thermique dans les directions de coordonnées x, y et Z, généralement elles ont des valeurs différentes.

Dans ce modèle, les pertes de puissance des composants régulateurs et des traces. Ces valeurs de perte de puissance ont été vérifiées dans le test ci - dessus.

Modèle d'application 1U dans lequel il y a un flux d'air au - dessus de la carte. La température ambiante est de 25°C et le débit d'air interne est de 400 LFM. La figure 2B montre la température de la surface supérieure et des composants de la carte. Le composant à température plus élevée est le MOSFET dans le régulateur.

Lorsque les résultats des simulations de température maximale pour chaque groupe de composants clés ont été comparés aux résultats des tests, nous avons constaté qu'ils présentaient une bonne cohérence.

Réduire les traces du circuit imprimé

La conception originale de PCB a une couverture de trace relativement grande dans le but d'augmenter la dissipation de chaleur dans la carte et donc de réduire la température du régulateur de tension. Cependant, dans certains cas, pour réduire les coûts, il est nécessaire de réduire la couverture des traces sans utiliser de radiateur. Les traces seront donc modifiées, puis un modèle de validation sera utilisé pour prédire la température du régulateur.

Ci - dessus est une introduction aux applications de conception thermique de PCB utilisant la méthode de modélisation CFD. IPCB est également fourni aux fabricants de PCB et à la technologie de fabrication de PCB.