PCB Blogu - PCB masasındaki Anahtar Komponentlerin Sıcak Element Thermal Reliability Analizi

Elektronik aygıtlar küçük etkilenmeye devam ediyor., sıcaklık PCB tahtası tasarım daha ve daha önemli olur.. Küçük ölçü ve kompleks düzeni komponentlerin yüksek sıcaklığına yol a çar., bu yüzden sistemin güveniliğini. Bu nedenle, ısı aktarımın prensipinden başladı., 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. Farklı düzenlerle PCB sıcaklık alanı bir örnek ile hesaplanır., ve karşılaştırma ile daha mantıklı bir dizim metodu. Düzeni iyileştir, sıcaklığı azaltır PCB tahtası, ve sistemin güveniliğini geliştirir.

1 İçeri

Elektronik ekipmanların sürekli küçük yapılması PCB tahtasının düzenini daha çok ve daha kompakt yapar. Ancak, mantıksız PCB tahtası tasarımı sıcaklık artması yüzünden elektronik komponentlerin sıcaklık aktarma yolunu ciddiye etkiler. Bu da elektronik komponentlerin güveniliğinin başarısızlığına sebep olur. Sistem güveniliği çok azaldı. Bu da PCB tahtasının sıcaklık yükselmesi problemini belli bir yüksekliğe yükselttir. Raporlara göre, elektronik ekipmanların başarısızlık faktörlerinin %55'ünün belirtilen değerin üstündeki sıcaklığı yüzünden neden oluyor. Bu nedenle elektronik ekipmanlar için 1 °C'nin azalması bile, ekipmanın hatasızlık oranını önemli bir miktarla azaltır. Örneğin, istatistikler, sivil uçaktaki elektronik ekipmanların başarısızlık oranının her 1°C azaltması için %4 azaltılmasını gösteriyor. Temperatur yükselmesinin (termal tasarımı) kontrolünün çok önemli bir sorun olduğunu görülebilir. PCB'deki sıcaklık genellikle enerji bozulma komponentleri yüzünden, değişiklikler gibi, yüksek güç tranzistörleri, ve yüksek güç dirençleri. Elektrik tüketiminin genellikle sıcak hareketi, konvektör ve radyasyon şeklinde çevre ortamına dağılır ve sadece küçük bir parça elektromagnetik dalgalar şeklinde dağılır. Bu yüzden PCB tahtasındaki elektronik komponentlerin stabilliğini ve güveniliğini geliştirmek için PCB tahtasında anahtar komponentlerin enerji tüketimini ve sıcaklık alanı dağıtmak için mantıklı bir düzenleme sağlamak için gerekli. Sıcak simülasyonları yaptığında, sonlu elementler ya da sonlu farklı metodlar genelde sıcak nakliye ve sıcak akış denklemlerini çözmek için kullanılır. Bu kağıt sonraki eleman analizi kabul ediyor. Sonuç elementi, karmaşık geometrileri çözmek için daha doğrudur. Bazı bölgelerde, tabak ya da sistemin parçaları, diğerlerinden daha ilginç olan bir tabak ya da sistemin bir parçaları gibi, acı bu bölgelerde, diğer bölgelerde temizlenebilir. Biraz rezerver. Ama gözlük refinemi bir yoğunluktan diğerine doğrudan atlayamaz, sadece yavaşça.

2. Basit ısı aktarma prensipi ve ANSYS sonlu eleman sıcak simülasyon süreci

ANSYS sonlu eleman sıcak simülasyon süreci

Bu kağıt içinde, geometrik modeli ANSYS yazılımları tarafından oluşturur ve güçlü modeli aşağı ve yukarı aşağı yollarla oluşturur. Elektronik komponentlerin karmaşık yapısı yüzünden sert bir model oluşturma sürecinde, sert model, göz bölümünün uygun ve sonuçların doğruluğu için basitleştirilebilir, ve SOLID87 10 düğüm elementleri, yasadışı şekilde bulunan elementlerin bölümüne uygun bir şekilde seçiliyor.

3. Sıcaklık alanının finit elementi çözümü

3.1 İki boyutlu sıcaklık alanının örnek analizi

Layout 1: Chip1, Chip2 tarafta, Chip3 tarafta Chip1 tarafta. Temperatur 101,5°C ve sıcaklık 92,7°C.

Dönme 2: Chip1, Chip2 tarafta bir tarafta, Chip3 PCB'nin diğer tarafta. Temperatur 90°C ve sıcaklık 70.7ÂC.

3.2 Karşılaştırma analizi

1) İki son simulasyon sıcaklık alanının analiz sonuçlarını karşılaştırarak, 2. düzenlemenin sıcaklığı ve sıcaklığı büyük azaltılmış (yaklaşık 10♽20â› olduğunu açıkça görebiliyor. Bu elektronin termal güveniliği için çok etkileyici. Örneğin, istatistikler, sivil uçaktaki elektronik ekipmanların başarısızlık oranının her 1°C azaltması için %4 azaltılmasını gösteriyor. Temperatur yükselmesinin (termal tasarımı) kontrolünün çok önemli bir sorun olduğunu görülebilir. Bu şekilde ekipmanın güveniliğini geliştirir.

2) The two temperature field distribution diagrams both reflect the same problem: when the components are densely distributed, sıcaklık alanın dağıtımı yasadışı, ve yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık bölgeleri. Bu yüzden, PCB tahtasını kurduğunda, güç dağıtım komponentlerinin yoğun bölgesine tam dikkat edilmeli. Bu şekilde mümkün olduğunca hiç sıcaklık hassas komponentler yerleştirilmez.

3) Son eleman analizinde konvektif ısı aktarım koefitörü farklı komponent değerleri için farklıdır. Eğer sadece nokta ölçüm sonuçları hesaplamak için kullanılırsa h değeri küçük olacak, bu yüzden bazı düzeltmeler yapmalıdır. Büyük güç tüketiminin h değeri biraz daha büyük. Sonra hesaplanmış ve ölçülenmiş sonuçları karşılaştırıp, h değerini temel olarak uyumlu olana kadar sürekli ayarlayın.

4) Farklı sıcaklık alanı bölümlerinde, gösterilen renkler aynı olsa da, aynı renkten temsil edilen sıcaklık değerleri farklıdır. Yüksek sıcaklık bölgelerinden düşük sıcaklık bölgelerini göstermek için kullanılır.

5) Sınır koşulları da çok önemlidir ve modelleme sırasında verilen sınır koşulları doğru olmalı.

3.3 3B sıcaklık alanının örnek analizi

PCB'de üç çip var, dizim ve tüm parametreler 2 ile aynı.

4. Sonuç ve Analiz

1) Yüzeyde, üç boyutlu sıcaklık alanı simülasyon sonucu iki boyutlu ideal kadar iyi değil, ama aslında bu durum değil. Üç boyutlu simülasyonunda belirtilen sıcaklık komponent ölüm yeridir, sıcaklığın aslında komponent yüzey sıcaklığından daha yüksek olduğu yerdir. Bu yüzden, 2. dizim için simülasyon sonuçları mantıklı.

2) 3D modeli daha karmaşık. Simülasyon sonuçlarının doğruluğu için, çip materyali modelini basitleştirmek için üç katı farklı maddelerden oluşturulmuş olarak kabul edilebilir.

3) The establishment of the 3D model and the processing of the results consume a lot of energy and time, ve materyal ve yapı ihtiyaçları 2D modelden daha detaylı ve özel.. Üç boyutlu simülasyon daha fazla bilgi alabilir, 2D de yaklaşık sıcaklık alanın dağıtımı. Bu yüzden..., pratik uygulamalarda, bu iki yöntemi seçilebilir, PCB tahtası özel gerçek durum.