PCB技術 - PCB基板熱シミュレーションについて

熱解析によって、設計者は、PCB上の構成要素の電気的特性を決定し、部品又は部品の有無を判断する PCBボード 高温で燃え尽きる. 単純な熱分析は、PCBの平均温度を計算するだけです, 複雑な過渡モデルは複数のPCBと数千の部品を持つ電子機器のために構築される.

どのように慎重にアナリストが電子機器、PCB、および電子部品の熱パワーをモデル化しても、熱解析の精度は最終的にPCBデザイナーによって提供されるコンポーネント電力消費の精度に依存する。多くの用途では、重量や物理的な大きさは非常に重要であるが、実際の消費電力の成分が小さい場合には、高い安全係数を設計することができ、これは、実際にPCBの設計に寄与し、また、熱解析によると、あまりにも保守的な要素の消費電力値であり、対照的に、より深刻な熱設計安全係数が低すぎる。すなわち、実際のランタイムアナリストより高いコンポーネント温度は、PCBを冷却するために冷却装置またはファンを設置することによって一般的に解決される。これらのアドオンは、コストと製造時間を追加し、設計にファンを追加すると、信頼性の不安定性の層を作成するので、PCBsは、コンポーネントがより低い温度範囲でコンポーネントを動作させるために能動的ではなく受動的冷却（自然対流、伝導、および放射冷却）を使用します。

不十分な熱設計は最終的により高いコストと信頼性を低下させます。部品の消費電力を正確に決定し、次いでPCB熱分析を行うためのいくつかの努力は、小型で機能的な製品を生産するのを助けることができる。正確な熱モデルと部品消費電力は、PCB設計効率を減少させないために使用されるべきである。

成分動力計算

PCBコンポーネントの消費電力を正確に決定することは反復プロセスである。PCB設計者は、失われた電力を決定するために、コンポーネント温度を知る必要があり、サーマル・アナリストは、熱モデルに入力するための電力損失を知る必要がある。設計者は最初に、最初の熱解析推定値から得られた作業環境温度、または最初の熱解析推定値から得られた熱エネルギーモデルに入力される要素電力入力、PCBおよび関連コンポーネント「ノード」（またはホット）を計算すると、第2のステップの温度は、計算素子の消費電力に新しい温度を使用することである。そして、再び熱分析のプロセスの次のステップのための電源入力を計算してください。理想的な世界では、その値が変化するまでプロセスは続けます。

しかしながら、PCBデザイナは、しばしばタスクを迅速に完了するために圧力をかけられており、部品の時間をかけて繰り返し電気的および熱的性能を測定するのに十分な時間を有していない。簡単なアプローチはpcb表面全体に作用する均一な熱流束としてpcbの全消費電力を推定することである。熱解析は平均的な周囲温度を予測することができ、設計者は部品の消費電力を計算することができ、さらにコンポーネント温度をさらに倍にすることによってさらなる作業が行われる必要があるかどうかを知ることができる。

一般に、電子部品の製造者は、最大動作温度を含む構成要素の仕様を提供する。コンポーネント性能は、通常、周囲温度またはコンポーネントの内部温度によって影響される。コンシューマエレクトロニクス製品は、しばしばプラスチック部品を使用し、その最大動作温度は85℃である軍事製品は、しばしば、125℃°Cの最高温度で動作するセラミック部品を使用し、典型的には105°C°Cで評価される。PCB設計者は、デバイス製造者によって提供される温度／電力曲線を使用して、所定の温度でのコンポーネントの消費電力を決定することができる。

過渡熱解析は素子の温度を計算する最も正確な方法であるが，素子の瞬時消費電力を決定することは非常に困難である。

より良い妥協は、定常状態の条件の下で別々に評価と最悪ケース条件を分析することです。

pcbsは種々の熱の影響を受け，適用可能な典型的な熱的境界条件を含む。

前面または背面から自然または強制対流；

前面と背面からの熱放射；

PCB端から機器ハウジングへの伝導

剛性または可撓性コネクタを介した他のPCBへの導通；

PCBから支持体への伝導（ボルト締めまたは接着）；

2つのPCB中間層間の放射器の伝導

熱シミュレーションツールは多くの形態で利用できる。基本的な熱モデリングおよび解析ツールは，任意の構造を解析するための万能ツール，システムフロー／熱伝達解析のための計算流体力学（cfd）ツール，及び詳細なpcbと部品モデリングのためのpcb応用である。

基本プロセス

影響を受けることなく提供される成熟した経験に基づくPCB熱設計を加速して、システム電気パフォーマンス指標の改善に貢献してください。

システム及び熱解析予測及びデバイスレベルの熱設計に基づいて、設計設計の結果を基板レベルの熱シミュレーションによって予測し、設計欠陥を発見し、システムレベルの解決策又はデバイスレベルの解決策を提供する。

熱設計の効果を熱性能測定により試験し，その適用性と有効性を評価した。

熱シミュレーションモデルは，熱シミュレーション速度を加速し，熱シミュレーション精度を向上させるために，事前推定設計尺度フィードバックサイクルの連続実行過程で修正し蓄積される。補足PCB熱設計経験

3 .ボードレベルの熱シミュレーション

基板レベルの熱シミュレーションソフトウェアは，3次元構造モデルにおける熱放射，熱伝導，熱対流，流体温度，流体圧力，流体速度，pcbの運動ベクトルをシミュレートし，強制放熱，真空状態，または自然放熱をシミュレートすることもできる。現在，プレート熱解析のための典型的なソフトウェアはflotherm，betasoftなどである。