PCB新聞 - CFD建模方法在PCB熱設計中的應用

隨著多相調節器應用所需的功率水准越來越高, 可用電路板面積不斷减少, PCB電路板佈線設計已成為穩壓器熱設計的重要組成部分. 這個 PCB板 可以幫助耗散調節器產生的大部分熱量, 在許多情况下，這是散熱的唯一途徑. 設計良好的跡線可以通過提高MOSFET和IC周圍的有效熱導率來改善電路板的熱效能.

另一方面, 為了降低成本, 需要减少不必要的接線. 因此, 為了實現上述目標, 在設計階段，有必要估計和調整穩壓器周圍的PCB熱導率變化及其對穩壓器熱效能的影響.

常見的熱分析方法是根據銅層的數量、厚度和覆蓋率以及電路板的總厚度計算整個電路板的有效平行和正常導熱係數的平均值，然後使用平均平行和正常導熱係數計算電路板的導熱係數。 然而，當必須考慮電路板熱導率的局部變化時，這種方法不適用。

Icepak是一種熱建模軟體工具，可用於研究電路板中熱導率的局部變化。 除了計算流體力學（CFD）功能外，該軟體工具還考慮了電路板的佈線和通孔，以計算整個電路板的導熱係數分佈。 這一特性使Icepak非常適合於以下研究工作。

原始設計和模型驗證

Icepak模型是基於1U服務器應用程序中的ECAD檔案創建的。 將原始電路板的軌跡和通孔資訊導入到模型中。

為了檢查熱導率分佈，可以將45℃恒溫邊界條件分配給PCB板的背面，並將均勻熱流邊界條件分配給PCB板的頂部。

高溫表示導熱係數低，低溫表示導熱係數高。 從圖中可以看出，沒有痕迹的區域溫度較高，痕迹較多的區域溫度較低。 在具有大通孔的區域，溫度接近45℃。

這表明導熱係數分佈與原始設計中的軌跡分佈一致。 為了獲得小孔的局部效果，應使用較小的背景網格尺寸。

在本例中，背景網格大小為1×1mm。 每個網格包含一個電路板單元，該電路板單元在X、Y和Z座標方向上具有自己的導熱係數，並且通常具有不同的值。

在該模型中，調節器元件的功率損耗和軌跡。 這些功率損耗值已在上述測試中得到驗證。

1U應用模型，其中電路板上方有氣流。 環境溫度為25℃，內部空氣流速為400LFM。 圖2b顯示了電路板表面和部件的溫度。 溫度較高的元件是穩壓器中的MOSFET。

將每個關鍵部件組的最高溫度類比結果與測試結果進行比較時，我們發現它們具有良好的一致性。

减少電路板痕迹

原件 PCB設計 具有相對較大的跟踪覆蓋率, 目的是新增電路板中的散熱, 從而降低電壓調節器的溫度. 然而, 在某些情况下, 為了降低成本, 有必要减少軌跡覆蓋，不要使用散熱器. 因此, 軌跡將被修改, 然後將使用驗證模型預測調節器的溫度.

以上介紹了使用CFD建模方法進行PCB熱設計的應用. Ipcb也提供給 PCB製造商 和PCB製造技術.