• 15
•
ELECTRONICS WORLD・探索与观察
随着电子电路集成化的发展，模拟电路的应用场景越来越少，加
上“互联网+”时代的到来，硬件系统工程师除了要有扎实的基本功
（原理图+PCB+ SI仿真），还要具备其他技能，比如热仿真能力，
嵌入式编程能力，总线协议分析能力等，从而应对电子时代的变化。
仿真作为一项预判试验结果的工具，大大降低了结果风险。但
是，作为工程人员，我们需要考虑投入与产出之比。热仿真与信号 完整性相比，它带来的效益是很大的（如表1）。今天，我们来聊
一下小众化的话题，基于Flotherm XT2.3的热仿真。
本文的目的旨在两个：
（1）初步介绍热仿真工具的建模步骤。
（2）对比各种散热方式，如增加PCB厚度，电源优化，散热片，
外壳影响等措施，给读者直观的认识，哪种措施的散热影响最大。 表1 热仿真与信号完整性仿真的对比
热仿真信号完整性仿真
影响结果的因素有无散热片，外壳材
质，PCB铜箔厚度，PCB
大小，电源效率等一个度导航
PCB走线，阻抗匹配电路，接收端
IC模型，输出端IC模型
仿真的难度小，但是很小众大，主要体现在寻模型
仿真的结果与实际的差别小
一般，只能用来做对比试验，比如
某项优化，到底有没有作用
不仿真的后果无法预判产品的温度，
导致一切未知
如果PCB走线按照“通用”规则进
行，基本没必要（频率<10G）
弹起式地面插座
1 热仿真步骤
1.1 PCB导出
通过PCB软件把PCB转换为TGZ格式的文件。
注意：如果LAYOUT工具是Pads，必须保证文件夹深度不大于2，且不能有中文空格，否则导出会失败。
1.2 工程的创建
略，请读者自行研究。
1.3 PCB的导入
Thermal Analysis->Import EDA Data后，可以打开FloEDA Bridge，它负责把PCB（.TGZ文件）转换到到热仿真工程中。
FloEDA Bridge的是，可以设置PCB铜厚/叠层/铜占比、PCB的铜厚、元器件的功耗。 元器件的热模型，可以有SIMPLE和2Resistor两种，SIMPLE很简单，主要就是指这个器件的功耗是
多少。而2Resistor更为精确，以下为公式如下：
Junction to ambient thermal resistanceθJA=(TJ-TA)/P
Junction to case thermal resistanceθJc=(TJ-Tc)/P
具体参数需要问芯片原厂索要，某款IC的2Resisto模型如下所示：Max. Junction Temp. (Tj℃)：128.0
Center Case Temp. (Tc℃) ： 124.8
Theta JA(℃/W)：16.3
Theta JC(℃/W)： 4.4
Theta JB(℃/W)： 7.5
设置元器件，只需要设置大功率元器件，以及各个接口，虽然接口不耗电，但是它的材料是金属，具有散热的能力。如果不设置，导入工程中会被忽略。其他小功率的元器件，包括阻容器件，可以先测量整板的电流，除去大功率元器件的功耗后，把多余的功耗分摊到其他元器件中。 1.4 材料的设定
设置完PCB后，按Transfer to FloTHERM XT导入到工程中。设定PCB的材料为FR4（PCB板材），设定芯片为IC->BGA，设定接插件为Aluminum 502（铝）。
选择SmartParts Library，添加enclose（产品外壳），之后设定材料为Typical Plastic Package（塑料），添加散热片，选择材料为Copper（铜或者铝）。
需要注意的是，金属接口必须设定材料，因为它约等于半个散热片。
如果需要添加风扇，也是SmartParts Library中添加。
1.5 布局的调整
如果外壳需要开孔，可以在双击外壳，然后在Holes中调整。
保安接线排请旋转PCB，保证PCB垂直于Y轴。因为那是重力的方向。（Assembly->Move）
对于散热片，PCB，他们是两个零件，需要选择MATE进行表面的贴后，然后移动散热片到元器件表面，风扇、外壳等雷同。1.6 工程的仿真
至此，一个热仿真的建模全部完成了，按Thermal Analysis->Solver进行仿真。仿真设定按照默认即可。
2 散热的思路
我们可以通过四个角度入手，第1是外形尺寸，第2元器件布局。第3是制造端，即PCB工艺。第4是设计端，即电源效率。
鼠标笔
对于外形尺寸，现在的产品普遍注重美观，而且大多数产品都有公模，不可能为了每个产品而定制外壳，所以外形的改变基本不可行。
对于元器件布局，它涉及到走线的方便，信号完整性，EMI，如果再为了“热”而考虑改变布局。一次PCB LAYOUT花费的时间会大大增加，有点得不偿失。而且我们知道，虽然把热分散，是个思路，但是它的作用其实很小很小，因为PCB产生的总热量是不变的。
所以，下文将围绕电源效率和PCB厚度进行讨论。
eeg平台
2.1 电源的效率
设备环境温度25℃。PCB外形尺寸为：19cm x 7 cm。外壳为PTEE材料外壳，尺寸为20cm x 7.5mm x 2mm，在HDMI端，有个大
马德保半球实验PCB热仿真及影响因素分析
慧国（上海）软件科技有限公司 契程亮
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议