PCB-Neuigkeiten - Verwendung der CFD-Modellierungsmethode für thermische PCB-Design-Anwendung

Da der Leistungspegel für Mehrphasenregler-Anwendungen immer höher wird, und die verfügbare Leiterplattenfläche nimmt ständig ab, Leiterplattenrouting-Design ist ein wichtiger Teil des thermischen Designs des Reglers geworden. Die Leiterplatte Kann helfen, den Großteil der vom Regler erzeugten Wärme abzuleiten, und in vielen Fällen ist dies die einzige Möglichkeit, Wärme abzuleiten. Gut gestaltete Leiterbahnen können die thermische Leistung der Leiterplatte verbessern, indem sie die effektive Wärmeleitfähigkeit um den MOSFET und IC verbessern.

Andererseits, zur Senkung der Kosten, unnötige Verkabelung muss reduziert werden. Daher, um die oben genannten Ziele zu erreichen, Es ist notwendig, die Wärmeleitfähigkeitsänderungen der Leiterplatte um den Spannungsstabilisator und seine Auswirkungen auf die thermische Leistung des Spannungsstabilisators während der Entwurfsphase zu schätzen und anzupassen.

Eine gängige thermische Analysemethode besteht darin, den Mittelwert der effektiven parallelen und normalen Wärmeleitfähigkeit der gesamten Leiterplatte basierend auf der Anzahl, Dicke und Abdeckung Prozentsatz der Kupferschichten und der Gesamtdicke der Leiterplatte zu berechnen. Diese Methode ist jedoch nicht geeignet, wenn lokale Änderungen der Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte berücksichtigt werden müssen.

Icepak ist ein Softwaretool zur thermischen Modellierung, mit dem lokale Änderungen der Wärmeleitfähigkeit von Leiterplatten untersucht werden können. Neben CFD-Funktionen (Computational Fluid Dynamics) berücksichtigt das Softwaretool auch die Verdrahtung und Durchkontaktierungen der Leiterplatte, um die Wärmeleitfähigkeitsverteilung der gesamten Leiterplatte zu berechnen. Diese Eigenschaft macht Icepak sehr geeignet für die folgenden Forschungsarbeiten.

Originalentwurf und Modellprüfung

Icepak Modell wird basierend auf ECAD Datei in 1U Server Anwendung erstellt. Die Trace und über Informationen der Originalplatine werden in das Modell importiert.

Um die Wärmeleitfähigkeitsverteilung zu überprüfen, kann die 45-Grad-Celsius-konstante Temperatur-Randbedingung der Rückseite der Leiterplatte zugeordnet werden, und die einheitliche Wärmefluss-Randbedingung kann der Oberseite der Leiterplatte zugeordnet werden.

Hohe Temperatur steht für niedrige Wärmeleitfähigkeit und niedrige Temperatur für hohe Wärmeleitfähigkeit. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Temperatur in dem Bereich, in dem keine Spur vorhanden ist, höher ist und die Temperatur in dem Bereich mit mehr Spuren niedriger ist. In Bereichen mit großen Durchkontaktierungen liegt die Temperatur nahe 45°C.

Dies zeigt, dass die Wärmeleitfähigkeitsverteilung mit der Spurenverteilung im ursprünglichen Design übereinstimmt. Um den lokalen Effekt der kleinen Löcher zu erhalten, sollte eine kleinere Hintergrundgittergröße verwendet werden.

In diesem Beispiel beträgt die Hintergrundrastergröße 1*1mm. Jedes Gitter enthält eine Leiterplatteneinheit, die ihre eigene Wärmeleitfähigkeit in den X-, Y- und Z-Koordinatenrichtungen hat und im Allgemeinen unterschiedliche Werte hat.

In diesem Modell ist der Leistungsverlust von Reglerkomponenten und Leiterbahnen. Diese Verlustwerte wurden in den oben genannten Tests überprüft.

1U Anwendungsmodell, in dem es Luftstrom über der Leiterplatte gibt. Die Umgebungstemperatur ist 25°C, und der interne Luftdurchsatz ist 400LFM. Abbildung 2b zeigt die Temperatur der Oberfläche und der Bauteile auf der Leiterplatte. Das Bauteil mit höherer Temperatur ist der MOSFET im Regler.

Beim Vergleich der Simulationsergebnisse der Maximaltemperatur jeder Schlüsselkomponentengruppe mit den Testergebnissen haben wir festgestellt, dass diese eine gute Konsistenz aufweisen.

Leiterplattenspuren reduzieren

Das Original PCB-Design hat eine relativ große Spurenabdeckung, Der Zweck ist, die Wärmeableitung in der Leiterplatte zu erhöhen, dadurch die Temperatur des Spannungsreglers zu senken. Allerdings, in einigen Fällen, zur Senkung der Kosten, Es ist notwendig, die Spurenbedeckung zu reduzieren und keinen Kühlkörper zu verwenden. Daher, die Spuren werden verändert, und dann wird das Verifizierungsmodell verwendet, um die Temperatur des Reglers vorherzusagen.

Das obige ist die Einführung der PCB-Thermodesign-Anwendung unter Verwendung der CFD-Modellierungsmethode. Ipcb wird auch für Leiterplattenhersteller und Leiterplattenherstellungstechnologie.