Fabricación de PCB de precisión, PCB de alta frecuencia, PCB multicapa y montaje de PCB.
Es la fábrica de servicios personalizados más confiable de PCB y PCBA.
Blog de PCB
Análisis de la fiabilidad térmica de los componentes clave de la placa de PCB mediante el método de elementos finitos
Blog de PCB
Análisis de la fiabilidad térmica de los componentes clave de la placa de PCB mediante el método de elementos finitos

Análisis de la fiabilidad térmica de los componentes clave de la placa de PCB mediante el método de elementos finitos

2022-07-15
View:40
Author:pcb

Con la miniaturización de los dispositivos electrónicos, Caliente PCB Board El diseño es cada vez más importante. Aumento de la temperatura de los componentes debido a su pequeño tamaño y diseño compacto, Por lo tanto, la fiabilidad del sistema se reduce en gran medida.. Por consiguiente,, Basado en el principio de transferencia de calor, 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. El campo de temperatura de PCB con diferentes diseños se calcula mediante ejemplos numéricos., A través de la comparación, se obtiene un método de diseño más razonable. Diseño óptimo, Reducir la temperatura del motor PCB Board, Y mejorar la fiabilidad del sistema.

PCB Board

1 Introducción

La miniaturización de los equipos electrónicos hace que el diseño de PCB sea cada vez más compacto. Sin embargo, el diseño irrazonable de la placa de PCB afecta gravemente la trayectoria de transferencia de calor de los componentes electrónicos en la placa, lo que conduce a un aumento de la temperatura y a la pérdida de fiabilidad de los componentes electrónicos. En otras palabras, la fiabilidad del sistema se reduce considerablemente. Esto hace que el aumento de temperatura de la placa de PCB aumente a cierta altura. Se informó de que el 55% de los factores de fallo del equipo electrónico se debían a temperaturas superiores a los valores especificados. Por lo tanto, en el caso de los dispositivos electrónicos, la tasa de fallo de los dispositivos se reducirá considerablemente incluso si se reduce en 1 °C. Por ejemplo, las estadísticas muestran que la tasa de fallos de los equipos electrónicos de aviación civil se reduce en un 4% por cada 1 °C. Se puede ver que el control del aumento de temperatura (diseño térmico) es un problem a muy importante. El calor en la placa de circuito impreso proviene principalmente de componentes de consumo de energía como transformadores, transistores de alta potencia y resistencias de alta potencia. Su consumo de energía se disipa principalmente en el medio circundante en forma de conducción de calor, convección y radiación, sólo una pequeña parte se disipa en forma de onda electromagnética. Por lo tanto, para mejorar la estabilidad y fiabilidad de los componentes electrónicos en el PCB, es necesario comprender claramente el consumo de energía de los componentes clave y la distribución del campo de temperatura en el PCB, a fin de lograr una disposición razonable. En la simulación térmica, el método de elementos finitos o el método de Diferencia finita se utilizan generalmente para resolver las ecuaciones de transferencia de calor y flujo de fluidos. En este trabajo se utiliza el análisis de elementos finitos. Los elementos finitos son más precisos en la solución de geometría compleja, permitiendo el refinamiento de mallas en ciertas áreas (por ejemplo, partes de una placa o sistema que son más interesantes que otras), refinando mallas en esas áreas, y refinando mallas en otras. Un poco escaso. Sin embargo, el adelgazamiento de la malla no puede saltar de una densidad a otra, sino que sólo puede hacerse gradualmente.


2. Principio básico de transferencia de calor y proceso de simulación térmica de elementos finitos ANSYS

Proceso de simulación térmica de elementos finitos ANSYS

En este trabajo, el modelo geométrico se establece con el software ANSYS, y el modelo sólido se establece con el método de arriba hacia arriba y abajo. En el proceso de construcción del modelo de entidad, debido a la complejidad de la estructura de los componentes electrónicos, con el fin de facilitar la cuadrícula y la precisión de los resultados, se puede simplificar el modelo de entidad, y se seleccionan 87 unidades de 10 nodos solid87 adecuadas para la partición de elementos de forma irregular.


3. Solución de elementos finitos del campo de temperatura

3.1 ejemplo de análisis del campo de temperatura bidimensional

Diseño 1: chip1, chip2 lado a lado, chip3 al lado de chip1. La temperatura es de 101,5 °C y 92,7 °C.

Diseño 2: Chip 1, Chip 2 lado a lado en un lado del PCB, Chip 3 en el otro lado del PCB. La temperatura es de 90°c y 70,7°c.


3.2 análisis comparativo

Comparando los resultados del análisis de los dos campos de temperatura simulados finales, se puede ver claramente que la temperatura y la temperatura de la disposición 2 han disminuido considerablemente (alrededor de 10 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | Por ejemplo, las estadísticas muestran que la tasa de fallos de los equipos electrónicos de aviación civil se reduce en un 4% por cada 1 °C. Se puede ver que el control del aumento de temperatura (diseño térmico) es un problem a muy importante. Por lo tanto, se mejora la fiabilidad del equipo.

Los dos mapas de distribución del campo de temperatura reflejan el mismo problema: cuando los componentes están densamente distribuidos, la distribución del campo de temperatura es irregular y no se puede determinar la región de alta y baja temperatura. Por lo tanto, en la disposición de los PCB, debe prestarse suficiente atención a las zonas densas de los componentes de consumo de energía, en las que los componentes de baja sensibilidad térmica no deben colocarse ni colocarse en la medida de lo posible.

El coeficiente de transferencia de calor convectivo en el análisis de elementos finitos es diferente para diferentes valores de componentes. Si sólo se utilizan los resultados de las mediciones puntuales para calcular, el valor H será muy pequeño, por lo que debe hacerse alguna corrección. El valor h con mayor consumo de energía es ligeramente mayor, Los resultados calculados se comparan con los medidos y el valor H se ajusta continuamente hasta que es básicamente el mismo.

En diferentes distribuciones de temperatura, aunque el color mostrado es el mismo, el valor de temperatura expresado por el mismo color es diferente. Se utilizan para indicar las tendencias de la región de alta temperatura a la región de baja temperatura.

Las condiciones límite también son muy importantes, y las condiciones límite dadas en el proceso de modelado deben ser correctas.


3.3 análisis del campo de temperatura tridimensional

Hay tres chips en el PCB, el diseño y todos los parámetros son los mismos que 2.


4. Conclusiones y análisis

En la superficie, los resultados de la simulación del campo de temperatura 3D no son tan buenos como los resultados bidimensionales, pero no lo son. La temperatura mostrada en la simulación 3D es la posición del molde del componente, donde la temperatura es en realidad mayor que la temperatura de la superficie del componente. Por lo tanto, el resultado de la simulación de la disposición 2 es razonable.

El modelo 3D es más complejo. Para la precisión de los resultados de la simulación, el material del chip se puede considerar como tres capas de diferentes materiales para simplificar el modelo.

3) The establishment of the 3D model and the processing of the results consume a lot of energy and time, Los requisitos materiales y estructurales son más detallados y específicos que los modelos 2d. Aunque la simulación 3D puede obtener más información, 2d también puede obtener rápidamente la distribución aproximada del campo de temperatura. Por consiguiente,, En aplicaciones prácticas, Estos dos enfoques pueden basarse en: PCB Board Situación real específica.