Notizie PCB - Utilizzo del metodo di modellazione CFD per l'applicazione di progettazione termica PCB

Poiché il livello di potenza richiesto per le applicazioni del regolatore multi-fase sta diventando sempre più alto e l'area disponibile del circuito stampato diminuisce costantemente, il design di routing del circuito stampato PCB è diventato una parte importante del design termico del regolatore. La scheda PCB può aiutare a dissipare la maggior parte del calore generato dal regolatore e in molti casi questo è l'unico modo per dissipare il calore. Tracce ben progettate possono migliorare le prestazioni termiche del circuito stampato migliorando l'effettiva conducibilità termica intorno al MOSFET e IC.

D'altra parte, per ridurre i costi, è necessario ridurre i cablaggi inutili. Pertanto, al fine di raggiungere gli obiettivi di cui sopra, è necessario stimare e regolare i cambiamenti di conducibilità termica PCB intorno allo stabilizzatore di tensione e il suo impatto sulle prestazioni termiche dello stabilizzatore di tensione durante la fase di progettazione.

Un metodo di analisi termica comune è quello di calcolare il valore medio della conducibilità termica parallela e normale effettiva dell'intero circuito in base al numero, spessore e percentuale di copertura degli strati di rame e allo spessore totale del circuito stampato, e quindi utilizzare la conducibilità termica parallela e normale media per calcolare la conducibilità termica del circuito stampato. Tuttavia, questo metodo non è adatto quando devono essere presi in considerazione cambiamenti locali nella conducibilità termica del circuito stampato.

Icepak è uno strumento software di modellazione termica che può essere utilizzato per studiare i cambiamenti locali nella conducibilità termica nei circuiti stampati. Oltre alle funzioni di fluidodinamica computazionale (CFD), lo strumento software tiene conto anche del cablaggio e dei vias del circuito per calcolare la distribuzione della conducibilità termica dell'intero circuito. Questa caratteristica rende Icepak molto adatto per i seguenti lavori di ricerca.

Verifica originale della progettazione e del modello

Il modello Icepak è creato in base al file ECAD nell'applicazione server 1U. La traccia e le informazioni del circuito originale vengono importate nel modello.

Al fine di controllare la distribuzione della conducibilità termica, la condizione di confine di temperatura costante di 45 gradi Celsius può essere assegnata al retro della scheda PCB e la condizione di confine uniforme del flusso di calore può essere assegnata alla parte superiore del PCB.

L'alta temperatura rappresenta una bassa conducibilità termica e la bassa temperatura rappresenta un'alta conducibilità termica. Si può vedere dalla figura che la temperatura è più alta nella zona in cui non c'è traccia, e la temperatura è più bassa nella zona con più tracce. Nelle aree con grandi vie, la temperatura è vicina a 45°C.

Ciò dimostra che la distribuzione della conducibilità termica è coerente con la distribuzione della traccia nel disegno originale. Per ottenere l'effetto locale dei piccoli fori, si dovrebbe usare una griglia di sfondo più piccola.

In questo esempio, la dimensione della griglia di sfondo è 1 * 1mm. Ogni griglia contiene un circuito stampato, che ha la propria conducibilità termica nelle direzioni di coordinate X, Y e Z, e generalmente hanno valori diversi.

In questo modello, la perdita di potenza dei componenti del regolatore e tracce. Questi valori di perdita di potenza sono stati verificati nei test di cui sopra.

Modello di applicazione 1U, in cui c'è flusso d'aria sopra il circuito stampato. La temperatura ambiente è 25Â ° C e la portata interna dell'aria è 400LFM. La figura 2b mostra la temperatura della superficie e dei componenti sul circuito stampato. Il componente con temperatura più elevata è il MOSFET nel regolatore.

Confrontando i risultati della simulazione della temperatura massima di ogni gruppo di componenti chiave con i risultati dei test, abbiamo scoperto che hanno una buona consistenza.

Ridurre le tracce del circuito stampato

Il design originale del PCB ha una copertura di traccia relativamente grande, lo scopo è quello di aumentare la dissipazione del calore nel circuito stampato, riducendo così la temperatura del regolatore di tensione. Tuttavia, in alcuni casi, al fine di ridurre i costi, è necessario ridurre la copertura di tracce e non utilizzare un dissipatore di calore. Pertanto, le tracce saranno modificate, e poi il modello di verifica verrà utilizzato per prevedere la temperatura del regolatore.

Quanto sopra è l'introduzione dell'applicazione di progettazione termica PCB utilizzando il metodo di modellazione CFD. Ipcb è fornito anche ai produttori di PCB e alla tecnologia di produzione PCB.