PCB 기술 - PCB 보드 열 시뮬레이션 정보

열 분석은 설계자가 PCB에서 어셈블리의 전기 특성을 결정하고 어셈블리나 PCB 보드가 고온으로 인해 타버릴지 여부를 결정하는 데 도움이 됩니다.간단한 열 분석은 PCB의 평균 온도만 계산하고 여러 PCBS와 수천 개의 구성 요소를 갖춘 전자 장치는 복잡한 순간 모델을 구축합니다.

분석가가 전자 부품, PCBS 및 전자 부품의 열 전력을 모델링하는 방법에 관계없이 열 분석의 정확성은 결국 PCB 설계자가 제공하는 부품의 전력 소비량의 정확성에 달려 있습니다.무게와 물리적 크기는 많은 응용 프로그램에서 매우 중요합니다. 컴포넌트의 실제 전력 소비량이 작으면 설계의 보안 계수가 높을 수 있습니다. 따라서 PCB의 설계가 실제에 부합하거나 열 분석에 따라 컴포넌트의 전력 소비량이 너무 보수적입니다. 이에 비해 더 심각한 것은 열 설계 보안 계수가 너무 낮습니다.즉, 일반적으로 냉각 장치나 팬을 설치하여 PCB를 냉각하는 방식으로 부품 온도가 실제 작동 시 분석가가 예측한 것보다 높습니다.이러한 추가 구성 요소는 비용과 제조 시간을 증가시키고 팬을 설계에 추가하면 안정성이 불안정하므로 PCBS는 이제 자연 대류, 전도 및 복사 냉각과 같은 수동 냉각 대신 액티브 냉각을 사용하여 낮은 온도 범위에서 구성 요소를 실행할 수 있습니다.

낮은 열 설계는 결국 모든 PCB 설계에서 발생할 수 있는 비용 및 안정성 저하를 초래합니다.구성 요소의 전력 소비량을 정확하게 파악한 다음 PCB 열 분석을 수행하면 소형 기능 제품을 생산할 수 있습니다.정확한 열 모델과 어셈블리 전력 소비량을 사용하여 PCB 설계 효율성을 저하시키지 않아야 합니다.

1. 소자 전력 계산

PCB 구성 요소의 전력 소비량을 정확하게 확인하는 것은 반복 프로세스입니다.PCB 설계자는 손실된 전력을 결정하기 위해 컴포넌트 온도를 알아야 하고, 열 분석가는 열 모델에 입력하기 위해 전력 손실을 알아야 합니다.설계자는 먼저 작업 환경 온도 또는 초기 열 분석에서 얻은 추정치를 추측하고 컴포넌트의 전력 입력을 열모형으로 세분화하여 PCB 및 관련 컴포넌트의"노점"(또는 열)을 계산합니다. 두 번째 단계의 온도는 새로운 온도를 사용하여 컴포넌트의 전력 소비량을 계산합니다.또한 열 분석 프로세스의 다음 단계에서 전력 입력을 다시 계산합니다.이상적인 세계에서 이 과정은 그 가치가 변화를 멈출 때까지 계속된다.

그러나 PCB 설계자는 종종 작업을 신속하게 완료해야 하는 부담을 안고 있으며 시간이 많이 걸리고 반복되는 구성 요소의 전기 및 열 성능 확인을 수행할 시간이 부족합니다.한 가지 간단한 방법은 PCB의 총 전력 소비량을 전체 PCB 표면에 작용하는 균일한 열량으로 추정하는 것이다.열 분석은 평균 환경 온도를 예측하여 설계자가 구성 요소의 전력 소비량을 계산하고 구성 요소 온도를 더 반복적으로 계산하여 추가 작업이 필요한지 여부를 파악할 수 있도록 합니다.

일반적으로 전자 부품의 제조업체는 최대 작동 온도를 포함하여 부품의 사양을 제공합니다.소자 성능은 보통 환경 온도나 소자 내부 온도의 영향을 받는데, 소비자용 전자제품은 플라스틱 소자를 자주 사용하며, 최고 작동 온도는 섭씨 85도이다;군용 제품은 일반적으로 정격 온도가 105 ° C인 최대 온도 125 ° C의 세라믹 구성 요소를 사용합니다. PCB 설계자는 장비 제조업체가 제공하는 온도/전력 곡선을 사용하여 특정 온도에서 구성 요소의 전력 소비량을 결정할 수 있습니다.

순식간 열 분석은 소자의 온도를 계산하는 가장 정확한 방법이지만 소자의 순식간 전력 소비량을 확정하기는 어렵다.

더 나은 절충안은 안정된 조건에서 정액과 최악의 상황을 각각 분석하는 것이다.

PCBS는 다양한 종류의 열에 의해 영향을 받습니다. 일반적인 열 경계 조건은 다음과 같습니다.

앞면과 뒷면의 자연 또는 강제 대류;

앞면과 뒷면의 열복사;

PCB 가장자리에서 장치 케이스로의 전도;

강성 또는 플렉시블 커넥터를 통해 다른 PCBS로 전달

PCB에서 스탠드로 전도(볼트 연결 또는 접착);

2개의 PCB 메자닌 사이에서 히트싱크가 전달됩니다.

열 시뮬레이션 도구에는 여러 가지 형식이 있습니다.기본 열 모델링 및 분석 도구에는 임의의 구조를 분석하기 위한 공통 도구, 시스템 흐름/열 전달 분석을 위한 CFD(계산 유체 역학) 도구, 세부 PCB 및 구성 요소 모델링을 위한 PCB 응용 프로그램이 포함됩니다.

2. 기본 프로세스

시스템 전기 성능 지표를 향상시키는 데 영향을 미치거나 도움이 되지 않으면서 검증된 경험을 바탕으로 PCB 열 설계를 가속화합니다.

시스템 및 열 분석 예측 및 부품 레벨 열 설계를 바탕으로 보드 레벨 열 시뮬레이션을 통해 열 설계의 결과를 예측하여 설계 결함을 발견하고 수정을 위한 시스템 레벨 솔루션 또는 부품 레벨 솔루션을 제공할 수 있습니다.

열 성능 테스트를 통해 열 설계의 효과를 검증하고 방안의 적용성과 유효성을 평가했다.

사전 추산 설계 조치 피드백 주기의 끊임없는 실천 과정을 통해 열 시뮬레이션 모델을 수정하고 축적하여 열 시뮬레이션 속도를 가속화하고 열 시뮬레이션 정밀도를 높인다.PCB 발열 설계 경험 보완.

3. 보드 레벨 열 시뮬레이션

보드 레벨 열 시뮬레이션 소프트웨어는 3D 구조 모델에서 PCB의 열 복사, 열 전도, 열 대류, 유체 온도, 유체 압력, 유체 속도 및 운동 벡터를 시뮬레이션할 수 있으며 강제 방열, 진공 상태 또는 자연 방열을 시뮬레이션할 수 있습니다.현재 플로뎀, 베타소프트 등은 판열 분석의 대표적인 소프트웨어다.