Data PCB - Analisi Kepercayaan Terma Elemen Finite bagi Komponen Kekunci pada papan PCB

Sebagaimana peranti elektronik terus dipindahkan, panas Papan PCB desain menjadi semakin penting. Saiz kecil dan bentangan kompat mengarah kepada meningkat suhu komponen yang lebih tinggi, sehingga mengurangi kepercayaan sistem. Untuk sebab ini, bermula dari prinsip pemindahan panas, this paper uses ANSYS finite element software to analyze the temperature field distribution of key components on the printed circuit board (PCB) during operation and determines the high-temperature area and low-temperature area of the PCB. Medan suhu PCB dengan bentangan berbeza dihitung dengan contoh, dan kaedah bentangan yang lebih masuk akal diperoleh dengan perbandingan. Optimumkan bentangan, kurangkan suhu Papan PCB, dan meningkatkan kepercayaan sistem.

1 Perkenalan

Miniaturisasi terus menerus peralatan elektronik membuat bentangan papan PCB semakin sempit. Namun, bentangan papan PCB tidak masuk akal mempengaruhi secara serius laluan pemindahan panas komponen elektronik di papan, yang menyebabkan kegagalan kepercayaan komponen elektronik disebabkan peningkatan suhu. iaitu, kepercayaan sistem sangat dikurangkan. Ini juga membuat masalah peningkatan suhu papan PCB meningkat ke tinggi tertentu. Menurut laporan, 55% faktor kegagalan peralatan elektronik disebabkan oleh suhu melebihi nilai yang ditentukan. Oleh itu, untuk peralatan elektronik, walaupun penurunan 1 °C akan mengurangkan kadar kegagalan peralatannya dengan jumlah yang besar. Contohnya, statistik menunjukkan kadar kegagalan peralatan elektronik dalam penerbangan sipil akan menurun 4% untuk setiap pengurangan 1 °C. Ia boleh dilihat bahawa kawalan ketinggian suhu (desain panas) adalah isu yang sangat penting. Panas pada PCB sebahagian besar disebabkan komponen penyebaran kuasa, seperti pengubah, transistor kuasa tinggi, dan resistor kuasa tinggi. Penggunaan kuasa mereka terutama tersebar ke dalam media sekitar dalam bentuk kondukti panas, konveksi, dan radiasi, dan hanya sebahagian kecil tersebar dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Oleh itu, untuk meningkatkan kestabilan dan kepercayaan komponen elektronik di papan PCB, perlu memahami dengan jelas penggunaan kuasa komponen kunci di papan PCB dan distribusi medan suhu di papan, untuk mencapai bentangan yang masuk akal. Apabila melakukan simulasi panas, unsur terbatas atau kaedah perbezaan terbatas biasanya digunakan untuk menyelesaikan persamaan pengangkutan panas dan aliran cair. Kertas ini mengadopsi analisis unsur terbatas. Elemen terbatas lebih tepat untuk memecahkan geometri kompleks, membenarkan untuk menaikkan mata di beberapa kawasan, seperti bahagian plat atau sistem yang lebih menarik daripada yang lain, mata boleh ditarik di kawasan ini, sementara mata kawasan lain. Sedikit sparser. Tetapi penyembuhan mata tidak boleh melompat langsung dari satu kepadatan ke yang lain, hanya secara perlahan-lahan.

2. Prinsip pemindahan panas asas dan proses simulasi panas unsur terbatas ANSYS

Proses simulasi suhu unsur terbatas ANSYS

Dalam kertas ini, model geometrik dicipta oleh perisian ANSYS, dan model kuat dicipta oleh kaedah bawah-atas dan atas-bawah. Dalam proses mencipta model kuat, disebabkan struktur kompleks komponen elektronik, model kuat boleh dipadamkan untuk kesehatan pembahagian mata dan keperluan keputusan, dan unsur 10-nod SOLID87 yang sesuai untuk pembahagian unsur bentuk tidak sah dipilih.

3. Solusi unsur akhir medan suhu

3.1 Analisis contoh medan suhu dua-dimensi

Bentangan 1: Chip1, Chip2 sebelah sebelah, Chip3 sebelah Chip1 sebelah. Suhu 101.5°C dan suhu 92.7°C.

Bentangan 2: Chip1, Chip2 sebelah sebelah sebelah sebelah, Chip3 sebelah sebelah PCB. Suhu 90°C dan suhu 70.7°C.

3.2 Analisis perbandingan

1) Membandingkan hasil analisis dua medan suhu simulasi terakhir, ia boleh jelas ditemui bahawa suhu dan suhu bentangan 2 telah dikurangkan jauh (kira-kira 10⯽20â¯), yang sangat mengesankan untuk kepercayaan panas elektron. Contohnya, statistik menunjukkan kadar kegagalan peralatan elektronik dalam penerbangan sipil akan menurun 4% untuk setiap pengurangan 1 °C. Ia boleh dilihat bahawa kawalan ketinggian suhu (desain panas) adalah isu yang sangat penting. Dengan itu, meningkatkan kepercayaan peralatan.

2) Dua diagram distribusi medan suhu berdua mencerminkan masalah yang sama: apabila komponen diterbangkan secara padat, distribusi medan suhu tidak betul, dan kawasan suhu tinggi dan suhu rendah tidak dapat ditentukan. Oleh itu, apabila meletakkan papan PCB, perhatian penuh patut diberikan kepada kawasan padat komponen penyebaran kuasa, di mana tidak ada atau kurang komponen sensitif panas patut diletakkan sebanyak mungkin.

3) Koeficien pemindahan panas konvektif dalam analisis unsur terbatas adalah berbeza untuk nilai komponen berbeza, dan jika hanya hasil pengukuran titik digunakan untuk pengiraan, nilai h akan kecil, jadi beberapa perbaikan mesti dilakukan. Nilai h dengan konsumsi kuasa yang besar sedikit lebih besar. dan kemudian membandingkan hasil yang dihitung dan diukur, dan terus-menerus menyesuaikan nilai h sehingga ia pada dasarnya konsisten.

4) Dalam distribusi medan suhu yang berbeza, walaupun warna yang dipaparkan adalah sama, nilai suhu yang diwakili oleh warna yang sama adalah berbeza. Mereka digunakan untuk menunjukkan kecenderungan dari kawasan suhu tinggi ke kawasan suhu rendah.

5) Keadaan sempadan juga sangat penting, dan keadaan sempadan yang diberikan semasa pemodelan mesti betul.

3.3 Analisis contoh medan suhu 3D

Ada tiga cip pada PCB, bentangan dan semua parameter sama dengan 2.

4. Kesimpulan dan Analisi

1) Di permukaan, hasil simulasi medan suhu tiga-dimensi tidak sebaik yang ideal dua-dimensi, tetapi sebenarnya, ia bukan kes. Suhu yang dinyatakan dalam simulasi 3D adalah lokasi kematian komponen, di mana suhu sebenarnya lebih tinggi daripada suhu permukaan komponen. Oleh itu, hasil simulasi bagi bentangan 2 adalah masuk akal.

2) Model 3D lebih kompleks. Untuk ketepatan keputusan simulasi, bahan cip boleh dianggap terkumpul dari tiga lapisan bahan yang berbeza untuk mempermudahkan model.

3) The establishment of the 3D model and the processing of the results consume a lot of energy and time, dan keperluan bahan dan struktur lebih terperinci dan spesifik daripada model 2D. Walaupun simulasi 3D boleh mendapatkan maklumat lebih lanjut, 2D juga boleh dengan cepat mendapatkan distribusi medan suhu kira-kira. Oleh itu, dalam aplikasi praktik, dua kaedah ini boleh dipilih mengikut Papan PCB situasi sebenar khusus.