使用FloTHERM找出電子設(shè)計中的散熱障礙和散熱捷徑

使用FloTHERM找出電子設(shè)計中的散熱障礙和散熱捷徑作者：MentorGraphics找出電子設(shè)計中的散熱障礙和散熱捷徑：明導(dǎo)公司的FloTHERM是電子行業(yè)垂直市場領(lǐng)先的CFD散熱分析解決方案。FloTHERMV9版本添加了創(chuàng)新的后處理技術(shù)，開啟了熱分析的一個新境界，幫助工程師理解為什么一個設(shè)計會過熱。兩個新研發(fā)的定量方法和顯示技術(shù)協(xié)助FloTHERMV9用戶將他們的設(shè)計中關(guān)鍵的，在過去是抽象的熱特征形象化：*散熱障礙（Bn）：明確高溫氣流的流動路徑，同時又顯示氣流對熱量的排斥。*散熱捷徑（Sc）:顯示其他可選用的、更有效的熱流路徑；換言之，更快到達(dá)冷卻區(qū)域的捷徑。最后，Bn和Sc值幫助工程師理解哪些熱量已經(jīng)擴散到系統(tǒng)外，從而使他們能重新設(shè)計熱通量分布規(guī)劃，提高性能。到目前為止，還沒有方法，能明確一個設(shè)計的散熱障礙和散熱捷徑機會。而按照Bn和Sc數(shù)據(jù)所做的設(shè)計修正，形成的新設(shè)計，不僅能明確散熱障礙，而且也能越過這些障礙。解釋數(shù)學(xué)原理：通過指定橫截面區(qū)域的熱流即熱通量（HeatFlux）。熱通量矢量總是和溫度梯度矢量一起。這兩個術(shù)語在FloTHERM這類CFD熱分析工具中的作用，就好像股票市場上的股票。本質(zhì)上，它們的相互作用代表著熱阻指數(shù)。在一個給定的熱通量值中，梯度溫度越高，熱阻越大。同時，這兩個矢量值與FloTHERM分析相關(guān)，也是支持自然對流情況下散熱分布的參數(shù)。圖1中，熱通量矢量(HeatFluxVector)箭頭的長度代表熱通量，同樣，溫度梯度矢量(TemperatureGradientVector)箭頭的長度代表溫度梯度。本圖中這兩個矢量關(guān)系與真實情況相差很遠(yuǎn)，只是為了方面解釋CFD分析背后的數(shù)學(xué)原理。散熱障礙值是兩個矢量相交點。如圖1所示，在空間內(nèi)的每一點，當(dāng)熱通量矢量和溫度梯度矢量同時到達(dá)該點時，在該點,Bn標(biāo)量值就可以計算出來。假設(shè)兩個矢量處于理想位置(在現(xiàn)實中很不可能有這樣的情況)，Cos(0)(角度余弦)=1,Bn值就正好是矢量值。Bn和Sc值的單位是WdegC/m3(瓦攝氏度/立方米)Bn=HeatfluxmagnitudexTemperaturegradientmagnitudexstingbottlenecks.高Bn值說明，大量的熱量試圖穿過大的熱阻。毋庸置疑，這些就是散熱障礙”，而且它們通常還與高溫度梯度共存。任意點捷徑值的標(biāo)量是熱通量和溫度梯度矢量的正交值。Sc數(shù)值大，說明區(qū)域內(nèi)的熱量沒有直接向溫度更低的區(qū)域移動。這些區(qū)域是創(chuàng)建新的傳熱路徑的區(qū)域?，F(xiàn)實結(jié)果:0.433□J4400055-er.c-omScNumberDistribution八” 0.8110.433□J4400055-er.c-omScNumberDistribution八” 0.811-圖:電路板上的Sc值分布云圖(不是溫度云圖)。紅色區(qū)域說明的是改進(jìn)散熱路徑最佳的機會所在。圖2說明Sc的概念。從溫度分布的立場來觀察這個電路板，BGA設(shè)備的高溫區(qū)域可能會被標(biāo)注上代表“過熱”的顏色，通常是桔色或紅色。但是圖2并不是熱分布云圖。它顯示的是Sc值，因此紅色區(qū)域代表的不是溫度，而是一個區(qū)域，如果創(chuàng)建更好的傳熱路徑，該區(qū)域收益最大。Sc云圖說明，局部對流傳熱相對有效，因此它就提出了新的改進(jìn)機會：降低溫度可通過添加強制冷卻手段-一個常見的翅片散熱器。設(shè)計項目中，Bn分析精確定位問題區(qū)域，Sc分析則突出解決方案。結(jié)果是在BGA內(nèi)結(jié)溫(Tj)極大地降低。在另外一個項目中，根據(jù)原始Sc分析的建議，在機箱內(nèi)焊接一個類似的元件(散熱器)，將Tj降低了74%；在第二次Sc分析后，根據(jù)建議，設(shè)計一條更為周全的散熱路徑，結(jié)溫在第一次改進(jìn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低了58%。工程師面對各類產(chǎn)品中越來越復(fù)雜的布線和熱密