电子设备热仿真分析及软件应用

电子设备热仿真分析及软件介绍动力工程专业毛士飞引言•电子设备的主要失效形式是热失效。据研究,电子设备的失效有55%是温度超过规定的值引起的。因此,对电子设备而言,即使是降低1℃也将使设备的失效率降低一个可观的量值,这对可靠性高的电子系统尤为重要。热仿真能够在样品和产品开始之前确定和消除热问题，借助热仿真可以减少设计成本、提高产品的一次成功率，缩短开发周期。电子设备的发展趋势1.热耗上升化2.设备小巧化3.环境多样化过热--电子产品故障的首要原因(Source:USAirForceAvionicsIntegrityProgram)Figure2:MajorCausesofElectronicsFailures图2：电子产品故障主要原因资料来源：美国空军航空电子整体研究项目55%温度20%振动6%粉尘19%潮湿Figure1:JunctionLifeStatistics(Source:GECResearch)图1：结点寿命统计故障率（10万小时）资料来源：GEC研究院发热问题被确认为电子设备结构设计所面临的三大问题之一…(强度与振动、散热、电磁兼容)热仿真软件介绍•Flotherm软件是由英国Flomerics公司开发专门针对电子散热领域的CFD仿真软件,FLOTHERM采用了成熟CFD(Computation-alFluidDynamic计算流体动力学)和数值传热学仿真技术开发而成FLOTHERM软件介绍全球第一个专门针对电子散热领域的CFD软件–通过求解电子设备内外的传导\对流\辐射，从而解决热设计问题据第三方统计，在电子散热仿真领域，FloTHERM全球市场占有率达到70%6FloTHERM软件主要模块7FloTHERM软件FloTHERM核心热分析模块VisualEditor结果动态后处理模块CommandCenter优化设计模块FloMCAD.BridgeCAD软件接口模块FloEDAEDA软件高级接口FloTHERM.Pack标准IC封装模型库FLOTHERM—核心热分析模块•利用它可以完成从建立分析模型、求解计算、到可视化后处理、分析报告等所有基本分析功能。它可以完全满足系统级、板和组件级到封装级等各种层次的分析。该模块还包含TABLES分析结果数据报告和VISULATION可视化后处理等功能FLOMOTION—仿真结果动态后处理模块•不仅有最大最小值指示、复杂空间等值(温度、压力、速度)曲面、物体表面温度分布、流线、真实感非常强的示踪粒子运动、流体质量流、热功率流,可以将运算后的数据以流体示踪粒子三维动画等形式直观方便地显示出来。FLO/MCAD—软件接口模块•不但完全支持PRO/ENGINEER等机械CAD软件几何模型的直接调用并自动简化,还可以通过IGES、SAT、STEP、STL格式读入如UG、I-DEAS和AutoCAD等MCAD软件建立的三维几何实体模型,可以大大减少对复杂几何模型的建模时间。Icepak简介•Icepak软件是美国fluent公司开发面向热产品设计和分析工程师的软件。•Icepak软件包包含如下内容:Icepak,建模，网格和后处理工具FLUENT,求解器Icepak软件特点•采用热设计分析所专用的机柜、风扇、印刷电路板、阻尼、通风口等模型。建模过程快捷、网格生成与计算都是自动进行的。使用者能在较短的时间内将该软件应用于实际的设计分析中。另外,该软件也不要求使用者有较深的流体力学知识背景。•它拥有用户模拟过程所需要的各种物理模型,可以模拟自然对流、强迫对流、混合对流、热传导、热辐射、流?固的耦合换热、层流、湍流、稳态、非稳态等流动现象。•采用非结构化网格,能够针对复杂的几何外形生成三维四面体、六面体的非结构化网格,有多种网格生成方法,能够满足现代电子产品设计中几何形状越来越复杂的要求。两个软件的优缺点