Technologie PCB - À propos de PCB board Heat Simulation

L'analyse thermique aide les concepteurs à déterminer les caractéristiques électriques des composants sur un PCB et à déterminer si un composant ou une carte PCB peut brûler à cause de la chaleur. Une analyse thermique simple ne calcule que la température moyenne d'un PCB, tandis qu'un modèle transitoire complexe est établi pour les appareils électroniques avec plusieurs PCBs et des milliers de composants.

Quelle que soit la précision avec laquelle les analystes modélisent la puissance thermique des composants électroniques, des PCBs et des composants électroniques, la précision de l'analyse thermique dépend en fin de compte de la précision de la consommation d'énergie du composant fournie par le concepteur de PCB. Le poids et les dimensions physiques sont très importants dans de nombreuses applications, si la consommation d'énergie réelle du composant est faible, il peut en résulter un coefficient de sécurité plus élevé pour la conception, contribuant ainsi à la conception du PCB réel, ou selon l'analyse thermique, la valeur de la consommation d'énergie de l'élément est trop conservatrice, ce qui est plus grave, en revanche, le coefficient de sécurité de la conception thermique est trop faible, C'est - à - dire que la température du composant est plus élevée que prévu par les analystes de l'exécution réelle, un tel problème est généralement résolu en installant un dispositif de refroidissement ou un ventilateur pour refroidir le PCB. Ces add - ons augmentent les coûts et les temps de fabrication, et l'ajout d'un ventilateur à la conception crée une couche d'instabilité de la fiabilité, de sorte que PCBs utilise maintenant le refroidissement actif au lieu du refroidissement passif (comme la convection naturelle, le refroidissement par conduction et par rayonnement) pour permettre aux composants de fonctionner dans une plage de température inférieure.

Une conception thermique médiocre entraîne finalement des coûts plus élevés et une fiabilité réduite, ce qui peut se produire dans toutes les conceptions de PCB. La détermination précise de la consommation d'énergie du composant, suivie d'une analyse thermique du PCB, peut aider à produire de petits produits fonctionnels. Un modèle thermique précis et la consommation d'énergie des composants doivent être utilisés pour éviter de réduire l'efficacité de la conception du PCB.

1. Calcul de puissance de composant

Déterminer avec précision la consommation d'énergie d'un composant PCB est un processus itératif. Les concepteurs de PCB ont besoin de connaître la température des composants pour déterminer la puissance perdue, tandis que les analystes thermiques ont besoin de connaître la perte de puissance pour entrer dans le modèle thermique. Le concepteur devine d'abord la température ambiante de fonctionnement ou obtient une estimation à partir de l'analyse thermique initiale et entre la puissance de l'élément pour affiner le modèle thermique, calcule les "noeuds" (ou chaleur) du PCB et des composants associés, la température de la deuxième étape est d'utiliser la nouvelle température pour calculer La consommation électrique de l'élément, Et calculer à nouveau l'entrée de puissance pour l'étape suivante du processus d'analyse thermique. Dans un monde idéal, ce processus se poursuit jusqu'à ce que sa valeur cesse de changer.

Cependant, les concepteurs de PCB sont souvent soumis à des pressions pour accomplir leurs tâches rapidement et ne disposent pas de suffisamment de temps pour effectuer des déterminations longues et répétitives des performances électriques et thermiques des composants. Une approche simplifiée consiste à estimer la consommation totale d'énergie d'un PCB en tant que flux de chaleur uniforme agissant sur toute la surface du PCB. L'analyse thermique peut prédire la température ambiante moyenne, permettant au concepteur de calculer la consommation d'énergie d'un composant et de savoir si un travail supplémentaire est nécessaire en doublant davantage le calcul de la température du composant.

Généralement, les fabricants de composants électroniques fournissent les spécifications des composants, y compris la température maximale de fonctionnement. La performance du composant est généralement influencée par la température ambiante ou la température interne du composant, et l'électronique grand public utilise souvent des composants en plastique dont la température de fonctionnement maximale est de 85 degrés Celsius; Les produits militaires utilisent généralement des composants en céramique avec une température maximale de 125 ° C, généralement évaluée à 105 ° c. les concepteurs de PCB peuvent utiliser les courbes de température / puissance fournies par le fabricant de l'équipement pour déterminer la consommation d'énergie d'un composant à une température donnée.

L'analyse thermique transitoire est la méthode la plus précise pour calculer la température d'un élément, mais il est difficile de déterminer la consommation électrique instantanée d'un élément.

Un meilleur compromis serait d'analyser séparément la cote et le pire des cas à l'état stable.

Le PCBs est soumis à différents types de chaleur et les conditions limites thermiques typiques qui peuvent être appliquées comprennent:

Convection naturelle ou forcée à partir des surfaces avant et arrière;

Rayonnement thermique provenant des faces avant et arrière;

Conduction du bord du PCB vers le boîtier de l'appareil;

Conduction vers d'autres PCBs par des connecteurs rigides ou flexibles;

Conduction (boulonnage ou collage) du PCB au support;

Conduction du radiateur entre 2 intercalaires PCB.

Les outils de simulation thermique se présentent sous différentes formes. Les outils de base de modélisation et d'analyse thermique comprennent des outils universels pour l'analyse de structures arbitraires, des outils de dynamique des fluides computationnelle (CFD) pour l'analyse de flux / transfert de chaleur du système, et des applications PCB pour la modélisation détaillée des circuits imprimés et des composants.

2. Processus de base

Accélérer la conception thermique des PCB sur la base de l'expérience acquise, sans affecter et contribuer à améliorer les indicateurs de performance électrique du système.

Sur la base des prévisions d'analyse du système et de l'analyse thermique et de la conception thermique au niveau du dispositif, les résultats de la conception thermique peuvent être prédits par des simulations thermiques au niveau de la plaque pour détecter les défauts de conception et fournir des solutions au niveau du système ou des solutions au niveau du dispositif pour Les modifications.

Les effets de la conception thermique ont été testés par des mesures de performance thermique et l'applicabilité et l'efficacité du Protocole ont été évaluées.

Modification et accumulation du modèle de simulation thermique par un processus continu de rétroaction des mesures de conception pré - estimées pour accélérer la vitesse de simulation thermique et améliorer la précision de la simulation thermique. Expérience complémentaire de conception de dissipation thermique PCB.

3. Simulation thermique au niveau de la plaque

Le logiciel de simulation thermique au niveau de la carte peut simuler le rayonnement thermique, la conduction thermique, la convection thermique, la température du fluide, la pression du fluide, la vitesse du fluide et les vecteurs de mouvement d'un PCB dans un modèle de structure tridimensionnel, ainsi que la dissipation thermique forcée, l'état du vide ou la dissipation thermique naturelle. Actuellement, flotherm, betasoft, etc. sont des logiciels typiques pour l'analyse thermique des plaques.