PCB的热分析与热

合集下载

电子电路PCB的散热分析与设计

电子电路PCB的散热分析与设计随着科技的不断发展，电子设备已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。

然而，在电子设备运行过程中，由于电路板上的元器件会产生大量的热能，如果散热不良，会导致设备性能下降、可靠性降低甚至出现安全问题。

因此，针对电子电路PCB的散热分析与设计至关重要。

本文将结合实际案例，对电子电路PCB的散热问题进行分析和讨论。

电路板的热阻：热阻是表示热量传递难易程度的物理量，值越小表示热量传递越容易。

电路板的热阻主要包括元器件的热阻和电路板本身的热阻，其中元器件的热阻受到其功耗、结点温度等因素的影响。

自然对流：自然对流是指空气在温度差的作用下产生的流动现象。

在电子设备中，自然对流可将热量从电路板表面传递到周围环境中，从而降低电路板温度。

然而，自然对流的散热效果受到空气流动速度、环境温度等因素的影响。

强迫通风：强迫通风是通过风扇等装置强制空气流动，以增强电子设备的散热能力。

强迫通风的散热效果主要取决于风扇的功率、风量等因素。

选择合适的导热材料：导热材料具有将热量从高温区域传导到低温区域的能力，常用的导热材料包括金属、陶瓷、石墨烯等。

在电路板设计中，应根据元器件的功耗和结点温度等因素，选择合适的导热材料。

提高电路板表面的散热能力：提高电路板表面的散热能力可以有效降低电路板的温度。

常用的方法包括增加电路板表面积、加装散热片、使用热管等。

合理安排元器件的布局：元器件的布局对电路板的散热效果有着重要影响。

在布局时，应尽量将高功耗元器件放置在电路板的边缘或中心位置，以方便热量迅速散出。

同时，应避免将高功耗元器件过于集中，以防止局部温度过高。

增强自然对流：自然对流是电路板散热的重要途径之一。

在电路板设计中，应尽量减少对自然对流的阻碍，如避免使用过高的结构、保持电路板表面的平整度等。

可在电路板下方或周围增加通风口或风扇等装置，以增强自然对流的散热效果。

采用强迫通风：强迫通风可以显著提高电子设备的散热能力。

PCB的热分析与热设计(doc 6)

PCB的热分析与热设计(doc 6)PCB的热设计热分析、热设计是提高印制板热可靠性的重要措施。

基于热设计的基本知识，讨论了PCB设计中散热方式的选择、热设计和热分析的技术措施。

1、热设计的重要性电子设备在工作期间所消耗的电能，除了有用功外，大部分转化成热量散发。

电子设备产生的热量，使内部温度迅速上升，如果不及时将该热量散发，设备会继续升温，器件就会因过热失效，电子设备的可靠性将下降。

SMT使电子设备的安装密度增大，有效散热面积减小，设备温升严重地影响可靠性，因此，对热设计的研究显得十分重要。

2、印制电路板温升因素分析引起印制板温升的直接原因是由于电路功耗器件的存在，电子器件均不同程度地存在功耗，发热强度随功耗的大小变化。

印制板中温升的2种现象：（1）局部温升或大面积温升；（2）短时温升或长时间温升。

在分析PCB热功耗时，一般从以下几个方面来分析。

2.1电气功耗（1）分析单位面积上的功耗；（2）分析PCB板上功耗的分布。

2.2印制板的结构（1）印制板的尺寸；（2）印制板的材料。

2.3印制板的安装方式（1）安装方式（如垂直安装，水平安装）；（2）密封情况和离机壳的距离。

有散热层的电路板，散热材料一般为铜/钼等材料，如一些模块电源上采用的印制板。

（3）导热材料的使用为了减少热传导过程的热阻，在高功耗器件与基材的接触面上使用导热材料，提高热传导效率。

（4）工艺方法对一些双面装有器件的区域容易引起局部高温，为了改善散热条件，可以在焊膏中掺入少量的细小铜料，再流焊后在器件下方焊点就有一定的高度。

使器件与印制板间的间隙增加，增加了对流散热。

3.3元器件的排布要求（1）对PCB进行软件热分析，对内部最高温升进行设计控制；（2）可以考虑把发热高、辐射大的元件专门设计安装在一个印制板上；（3）板面热容量均匀分布，注意不要把大功耗器件集中布放，如无法避免，则要把矮的元件放在气流的上游，并保证足够的冷却风量流经热耗集中区；（4）使传热通路尽可能的短；（5）使传热横截面尽可能的大；（6）元器件布局应考虑到对周围零件热辐射的影响。

毕业设计-印刷电路板的热仿真与热分析

东北大学本科毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书印刷电路板的热仿真与热分析摘要对印刷电路板进行热分析的主要目的是有针对性地对电路板结构及元器件进行合理安排，并采取热控制措施，有效地把印制板上的热传导到外部，达到消除局部热点，降低过热元器件温度，使电子产品能安全可靠地工作。

本文主要完成以下工作：（1）介绍了电子设备热分析技术的发展概况，并简要地概括了PCB温升的主要原因及其对电子元件的影响，介绍了一些常用PCB热分析的基础知识。

（2）介绍了传热学的基本原理及求解PCB温度场的基本方法，重点介绍了有限容积法。

并对PCB简化模型进行数值求解，计算PCB的有效导热系数的以及多层板的热阻。

（3）采用Flotherm软件，对单热源情况下影响PCB热分布的因素进行仿真验证。

具体分析了PCB的内层铜厚度对PCB的平面导热系数，平面热阻，板与器件温度的影响;分析了PCB中热过孔的个数对PCB的厚度方向散热能力的影响，并利用过孔热阻理论分析了热过孔参数设置对PCB热阻及热分布的影响;分析了PCB的边界条件—环境温度对电子元器件的结点温度和PCB的平均温度的影响。

（4）考虑到实际的PCB板上会有许多器件，会有不同的热源，所以研究了器件布局对PCB温度的影响。

应用热力导向优化算法，分析了电子元器件的优化布局对元器件以及PCB的温度的影响，并得出最优的器件布局坐标，可对实际的PCB工程器件布局上进行指导。

（5）最后，用PCB设计软件画出一个半桥模块的PCB，并通过Flotherm建立起实例的热仿真工程，对其进行热仿真，并将仿真结果与实际用红外热成像仪测试的结果进行比较。

关键词：热分析；PCB热模型；导热系数；热力优化导向算法Thermal Simulation and Analysis of Printed Circuit BoardAbstractThe main purpose to analyze the thermal of the electronics circuit board is to arrange the structures and components on the circuit board pertinent, and take measures to transmit heat effectively to external of the PCB , order to eliminate local hot spots, reduce the temperature of power components, and guarantee electronic products to work safely and reliably.The main work of this thesis is showed as follows,(1)Introduce the development of electronic equipment thermal analysis technique, briefly summarize the main reason of temperature rising in PCB and the influence on electronic components, and introduce the basic knowledge of PCB thermal analysis.(2)Introduce the basic principles of heat transfer theory and basic solving methods of the PCB temperature field, emphatically introduced the finite volume method. Find the numerical solution of the PCB simplified model. And calculate the thermal resistance of multilayer PCB and the effective thermal conductivity.(3)Using the Flotherm, to simulate the PCB heat distribution factors on condition of the single heat situation. Analysis the impact of the thickness of copper of the inner layer on the PCB planar thermal conductivity detailed, planar thermal resistance, the influence of board and components temperature; analyze the influence of the number of thermal vias on PCB thickness direction of the cooling capacity of the PCB, and availed theoretical analysis of the effects of thermal hole thermal vias on the PCB thermal resistance parameters and thermal distribution; analyzes the boundary conditions of the PCB that the impact of ambient temperature on the junction temperature electronic components and PCB's average temperature.(4)Considering the actual PCB board will have many devices and different heat sources, this paper research the influence of the device layout of the PCB on the temperature. Heat-oriented optimization method is used to analyze the influence ofelectronic components to optimize the layout of components and PCB temperature and derive the optimal device layout coordinates, can the device works on the actual PCB layout guidance.(5)Finally, the PCB design software draw a half-bridge module, establish the thermal simulation project, and operate its thermal simulation, the simulation results compared with the actual infrared thermal imager test results.Key words: Thermal analysis; thermal model of PCB; thermal conductivity; Heat-oriented application optimization algorithm;目录毕业设计（论文）任务书 (I)摘要 ........................................................................................................................................... I I Abstract ................................................................................................................................... I II 第一章绪论 .. (1)1.1 研究的背景及意义 (1)1.1.1 温度对电子设备的影响 (1)1.1.2 热分析的目的 (2)1.2 国内外研究现状 (3)1.3 PCB热分析概述 (3)1.3.1 PCB结构及分类 (4)1.3.2 PCB温度升高的主要原因 (5)1.3.3 PCB温度升高对电子元器件的影响 (5)1.4 本文的主要研究内容 (6)第二章PCB热分析的基本原理与分析方法 (9)2.1 热传递的基本规律 (9)2.1.1 热传递的基础知识 (9)2.1.2 传热的三种基本方式 (10)2.2 传热微分方程 (13)2.2.1 传热微分方程的基本形式 (13)2.2.2 传热微分方程的边界条件 (13)2.3 热分析的方法 (14)2.3.1 热分析的几种方法 (14)2.3.2 有限容积法介绍 (14)2.4 本章小结 (17)第三章PCB的建模 (19)3.1 PCB模型的建立 (19)3.1.1 N层PCB的简化模型 (19)3.1.2 N层PCB面内导热系数和法向导热系数的计算 (20)3.1.3 PCB建模的相关研究 (21)3.2 PCB热阻的计算 (21)3.3 本章小结 (23)第四章影响PCB热分布的因素分析 (25)4.1 内层铜皮的影响 (25)4.1.1 热阻计算理论 (26)4.1.2 仿真结果与分析 (27)4.2 热过孔个数的影响 (30)4.2.1 仿真结果与分析 (31)4.3 热过孔参数的影响 (32)4.3.1 过孔热阻比值计算 (32)4.3.2 仿真结果与分析 (35)4.4 环境温度的影响 (36)4.4.1 仿真结果与分析 (37)4.5 本章小结 (38)第五章PCB布局优化与仿真 (41)5.1 热力导向优化算法 (41)5.2 热力导向优化算法的基本原理 (42)5.3 热力导向算法的热斥力模型 (43)5.4 热力导向算法流程图 (45)5.5 仿真验证 (48)第六章PCB热仿真及分析 (52)6.1 半桥电路的原理图与PCB图 (52)6.2 PCB热仿真过程 (53)6.2.1 建立新的热仿真工程项目: (53)6.2.2 设置PCB的物理模型 (53)6.2.3 半桥电路PCB热仿真结果与实际测量结果 (55)第七章全文总结与展望 (58)7.1 全文总结 (58)7.2 设想与展望 (58)参考文献 (60)致谢 (62)附录A (63)第一章绪论在设计普通电路的时候，很少考虑到其散热的问题，因为芯片的功耗一般很小，在自然散热的情况下，芯片的温度不会升高太多。

单面刚性印制电路板的导热性分析与优化

单面刚性印制电路板的导热性分析与优化导热性是单面刚性印制电路板（Single-Sided Rigid Printed Circuit Board）设计中至关重要的一项指标。

在现如今高性能电子设备的时代，电子元件的集成度越来越高，功耗也越来越大，导致电路板产生大量的热量。

如果不及时有效地排除这些热量，将会导致电路板过热，甚至损坏电子元件，降低设备的可靠性和寿命。

因此，对单面刚性印制电路板的导热性进行分析与优化是非常重要的。

首先，分析单面刚性印制电路板的导热性。

导热性能的好坏决定了电路板能否迅速而有效地将热量传导到散热器或外部环境中。

单面刚性印制电路板的导热性主要受到两个因素的影响：材料的导热系数和结构设计。

材料的导热系数（Thermal Conductivity）是指材料在单位温度梯度下导热的能力。

选择具有较高导热系数的材料可以提高导热性能，如铝基板、铜基板等。

这些材料具有较高的热传导速率，能够快速地将热量从电路元件传导到散热器或外部环境中。

除了材料的导热系数外，结构设计也对导热性起着重要作用。

优化单面刚性印制电路板的导热性需要考虑以下几个方面：1. 简化电路板布局：合理设计电路板布局，尽量减少热量集中区域，避免热点（Hot Spot）的出现。

将电源、大功耗元件等区域分散布置，以均匀分布热量，减少在局部区域形成高温的可能性。

2. 增加导热通道：通过在电路板上设计散热梁或导热塞，增加导热通道，促进热量传导。

这样可以提高导热效率，减少局部温度升高。

3. 合理选择散热器：在设计单面刚性印制电路板时，要根据实际情况合理选择散热器并合理安放。

散热器的材质、结构以及与电路板的接触方式都会对导热性能产生影响。

选择具有较高热导率的散热器，并确保良好的接触面，能有效提升导热性。

4. 优化电路板厚度：适当调整单面刚性印制电路板的厚度，以获得更好的导热性能。

过薄的电路板可能会导致导热性能不佳，而过厚的电路板则会增加制造成本。

CCL和PCB热分析简介

CCL和PCB热分析简介热分析（Thermal Analysis）是指对物质在温度及热处理过程中性能变化的研究手段，它是一个非常重要的研究领域。

在材料科学、化学工程、高分子化学、微电子技术等领域中都广泛应用。

本文将介绍两个常见的热分析方法：CCL和PCB热分析。

CCL（Copper Clad Laminate，即铜铝基板）是电子元器件在IC、PCB等领域中常见的一种基底材料。

CCL能够提供电气连接和机械支撑的功能，同时还能传导和分散电子设备产生的热量。

因此，对于CCL的热分析非常重要。

CCL的热分析主要包括热导率、热膨胀系数和热容量的测定。

热导率是指物质在温度梯度下传导热量的能力。

对于CCL而言，热导率的高低直接影响着其散热性能。

热膨胀系数是指物质在温度变化时长度或体积的变化程度。

对于电子设备而言，温度变化会引起CCL材料的膨胀或收缩，从而可能导致器件的失效。

热容量是指物质单位质量或单位体积在温度变化时所吸收或释放的热量。

热容量的高低直接影响着CCL的热吸收和释放能力。

为了进行CCL的热分析，常见的实验方法有热导率测试仪、热膨胀仪和热分析仪等。

其中，热导率测试仪通过测定样品在温度梯度下的温度变化来计算热导率。

热膨胀仪则通过测量样品的长度或体积变化来计算热膨胀系数。

热分析仪则通过测量样品在升温过程中释放的热量来测定热容量。

相比于CCL的热分析，PCB（Printed Circuit Board，即印刷电路板）的热分析更为复杂。

PCB是电子设备的重要组成部分，其热分析主要涉及热传导、热阻和热沉等内容。

热传导是指物质内部传导热量的能力。

对于PCB而言，其内部材料的热导率直接影响着整个PCB的散热性能。

高热导率的材料可以有效的传导热量，提高PCB的散热效果。

热阻是指物质对热流的阻力。

PCB在散热过程中会面临的主要热阻包括材料间的接触热阻、界面热阻和空气换热热阻等。

热沉是指将热量从PCB传导到外部环境的部分。

印制电路板(PCB)热设计

目录分析
1.1热传递的三种方式
1.2热设计的术语和定义
1.3热设计的基本要求与原则
1.4热设计仿真工具
1.1.1导热 1.1.2热辐射 1.1.3对流
1.3.1热设计的基本要求 1.3.2热设计的基本原则 1.3.3冷却方式的选择
1.4.1 PCB的热性能分析 1.4.2热仿真软件FloTHERM 1.4.3散热仿真优化分析软件ANSYS Icepak 1.4.4 ADI功耗与管芯温度计算器
4.3.1 BGA表面焊盘的布局和尺寸 4.3.2 BGA过孔焊盘的布局和尺寸 4.3.3 BGA信号线间隙和走线宽度 4.3.4 BGA的PCB层数 4.3.5 μBGA封装的布线方式和过孔 4.3.6 Xilinx公司推荐的焊盘过孔设计规则
4.4.1不同板材密集散热通孔的耐热性能 4.4.2影响PCB密集散热通孔区分层的主要因素及优化 4.4.3 BGA密集散热通孔耐热性能影响因素分析
6.6.1热分析模型 6.6.2散热器的选择
作者介绍
这是《印制电路板（PCB）热设计》的读书笔记模板，暂无该书作者的介绍。
读书笔记
这是《印制电路板（PCB）热设计》的读书笔记模板，可以替换为自己的心得。
精彩摘录
这是《印制电路板（PCB）热设计》的读书笔记模板，可以替换为自己的精彩内容摘录。孔电容 4.1.3过孔电感 4.1.4过孔的电流模型 4.1.5典型过孔的R、L、C参数 4.1.6过孔焊盘与孔径的尺寸 4.1.7过孔与SMT焊盘图形的关系
4.2.1不同覆铜量PCB的热阻 4.2.2散热通孔的热阻 4.2.3未开孔区域的PCB热阻 4.2.4整个PCB的热阻 4.2.5散热通孔的优化
5.1 PCB热设计的基本原则

pcb的热设计标准

pcb的热设计标准PCB的热设计标准。

在PCB（Printed Circuit Board）设计中，热管理是非常重要的一环。

良好的热设计可以确保电子元件在工作时保持稳定的温度，提高系统的可靠性和性能。

本文将介绍PCB的热设计标准，帮助大家更好地理解和应用于实际设计中。

首先，热设计的基本原则是要充分考虑电子元件的散热需求。

在布局元件时，应该合理地安排元件的位置，保证它们之间有足够的散热空间。

同时，还需要考虑到元件的功耗和工作环境的温度，选择合适的散热方式，如散热片、散热器等。

其次，对于高功率元件，还需要考虑到散热路径的设计。

要确保散热路径的通畅，避免热量在元件之间滞留，导致局部温度过高。

可以通过增加散热片的数量、加大散热器的尺寸等方式来改善散热路径，提高整体的散热效果。

另外，对于多层PCB设计，还需要考虑到内层元件的散热。

在布局时，应该尽量将高功率元件放置在靠近PCB表面的位置，减少热量传导的阻力，提高散热效果。

同时，可以通过在内层铺设散热铜箔来增加散热面积，提高散热效率。

此外，还需要注意PCB的散热与外壳的散热的配合。

在设计外壳时，应该考虑到PCB的散热需求，留出足够的散热空间和散热孔，保证热量能够顺利地传递到外壳上，并通过外壳散热出去。

同时，还可以通过在外壳上增加散热片、散热孔等方式来提高外壳的散热效果。

最后，热设计的标准还包括对材料的选择和加工工艺的要求。

应该选择具有良好导热性能的材料，如铝基板、铜基板等，以提高散热效果。

在加工工艺上，还需要注意控制焊接温度、时间，避免对元件的损坏，影响散热效果。

总之，PCB的热设计标准是一个综合性的工程，需要考虑到多个方面的因素。

只有充分理解并合理应用这些标准，才能设计出高可靠性、高性能的PCB电路板。

希望本文的介绍能够帮助大家更好地掌握PCB的热设计技术，提高设计水平，为电子产品的发展贡献自己的力量。

封装-PCB系统的热分析：挑战及对策

如今越来越多的封装/ PCB系统设计需要进行热分析。

功耗是封装/ PCB 系统设计中的关键问题，需要仔细考虑热和电两个领域的问题。

为了更好地理解热分析，我们以固体中的热传导为例，并利用两个领域的对偶性。

图1和表1描述了电域与热域之间的基本关系。

图1. 电域与热域之间的基本关系（点击查看大图）表1. 电域与热域之间的基本关系（点击查看大图）电域与热域之间存在一些差异，比如：·在电域，电流被限制在特定电路元件内流动，但在热域中，热流通过三种热传导机制（传导、对流和辐射）在三维空间从热源散发出去·元件之间的热耦合比电耦合更加明显且难以分离·测量工具不同。

对于热分析，红外热像仪和热电偶取代了示波器和电压探头当固体或静止流体介质中存在温度梯度时发生热传导。

热对流和热辐射是比热传导更复杂的热传输机制。

热对流发生在固体表面与不同温度流体材料接触时。

热辐射来自于所有温度大于绝对零度的物质的电磁辐射。

图2显示了三种热传输工作图。

所有上述热传输机制的一维应用的描述性等式如表2所示。

图2. 三种热传输机制（点击查看大图）表2. 不同热传输模式的方程（点击查看大图）其中：Q为每秒传输的热量(J/s)k为导热系数(W/(K.m))A为物体的截面积(m2)ΔT为温差Δx为材料厚度h c 为对流传热系数h r为辐射传热系数T1为一侧的初始温度T2为另一侧的温度T s为固体表面的温度(o C)T f为流体的平均温度(o C)T h为热端温度(K)T c为冷端温度(K)ε为物体的辐射系数（对于黑体）(0~1)σ为Stefan-Boltzmann常数=5.6703*10-8 (W/(m2K4))Sigrity TM PowerDC TM是一种经过验证的电热技术，多年来一直应用于设计、分析及验收封装和PCB。

集成的电/热协同仿真功能可帮助用户轻松确认设计是否符合指定的电压和温度阈值，而无需花费大量精力从很多难以判断的影响因子中进行筛选。

PCB板热特性分析与研究_邓志勇

PCB 板热特性分析与研究邓志勇1,2,3,4，洪昊1,2,3,4，吴龙1,2,3,4,5，林美兰6（1.三明学院机电工程学院，福建三明365004；2.机械现代设计制造技术福建省高校工程研究中心，福建三明365004；3.绿色铸锻及其高端零部件制造福建省协同创新中心，福建三明365004；4.福建省铸锻零部件工程技术研究中心，福建三明365004；5.福建三明高新技术产业开发区博士后工作站，福建三明365500；6.三明学院外国语学院，福建三明，365004）摘要：针对PCB 热可靠性试验周期长、成本高和重复性差等问题，基于传热学和材料学的基本原理，建立了PCB 有限元传热模型，从PCB 热特性、价格和环保等方面综合对比和分析了优化布局、强迫风冷、氧化铍基板散热、铝底板散热和组合散热这5种改进方案，在产品开发阶段优化其热特性，避免了产品热设计的盲目性，为汽车PCB 的热可靠性设计和安全性评估提供一些有益的参考。

关键词：热特性；热可靠性；安全性；有限元中图分类号：TN41文献标志码：A文章编号：1673-4343（2016）04-0054-13Analysis and Research on Thermal Characteristics of PCB BoardDENG Zhi-yong 1,2,3,4,HONG Hao 1,2,3,4,WU Long 1,2,3,4,5,LIN Mei-lan6(1.School of Mechanical and Electronic Engineering,Sanming University,Sanming 365004,China;2.Fujian Province Engineering Research Center of Mechanical Modern Design &Manufacture,Sanming 365004,China;3.Fujian Province Collaborative Innovation Center of Green Casting-Forging Industry &High-End Parts,Sanming 365004,China;4.Fujian Province Engineering Technology Research Center of Casting-Forging Parts Manufacturing,Sanming 365004,China;5.Post-doctoral Research Station of Fujian Sanming High-tech Industrial Development Zone,Sanming 365500,Fujian6.School of Foreign Languages,Sanming University,Sanming365004,China )Abstract:In order to solve the problems of PCB thermal reliability test,including long cycle,high cost and poor re-peatability,based on the basic principles of heat transfer and materials science,the PCB finite element heat transfer mod-els are established,according to the aspects of PCB thermal characteristics,material price and environmental protection,five improvement schemes are comprehensively compared and analyzed,including layout optimization,forced air cooling,heat dissipation using beryllium oxide substrate,heat dissipation with aluminum plate and combination schemes for heat dissipation,so as to optimize the thermal characteristics in the product development phase,which avoid the blindness of thermal design on the product,and provide some useful references for thermal reliability design and safety assessment on the automotive PCB.Key words:thermal characteristics;thermal reliability;safety;finite element收稿日期：2015-11-09基金项目：三明学院科研基金项目（CB201003/Q ）；中国博士后科学基金资助项目（2013M541851）；福建省科技厅高校产学合作重大项目（2012H6018）；福建省自然科学基金资助项目（2012J01232）；福建省高校新世纪优秀人才支持计划资助项目（JA13290）作者简介：邓志勇，男，福建建瓯人，讲师，博士研究生。

PCB设计过程中的热分析方法

PCB设计过程中的热分析方法在现代电子设备中，印刷电路板（Printed Circuit Board，简称PCB）的设计起着至关重要的作用。

而PCB设计过程中热分析方法的应用，则能够有效地优化电子设备的性能和稳定性。

本文将介绍一些常用的PCB热分析方法，并探讨其在设计中的应用。

一、热传导分析热传导是指热量在物质中的传递过程。

在PCB设计中，通过热传导分析可以评估电路板上各个区域的热量分布情况，以及可能的热点问题。

常用的热传导分析方法包括有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）和计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）。

1. 有限元分析（FEA）有限元分析是一种基于数值计算的热传导分析方法，通过将复杂的物理问题离散化为有限个简单的单元，然后求解其热传导方程来模拟和分析热传导过程。

在PCB设计中，可以将PCB板材、元器件以及散热器等各个组成部分建模，进行热传导仿真，以评估热量传递和散热效果。

2. 计算流体力学（CFD）计算流体力学是一种模拟流体运动和热传导的数值计算方法。

在PCB设计中，CFD可以用于模拟电路板上的空气流动和热传导，以评估设备在不同工作条件下的散热能力。

通过CFD分析，可以优化散热设计，提高设备的热性能。

二、热应力分析热应力是指由于温度变化引起的物体内部产生的应力。

在PCB设计中，热应力分析可以帮助评估电路板在工作过程中可能出现的应力问题，以及可能导致的热疲劳和损坏。

1. 热膨胀系数分析热膨胀系数是一个物质在温度变化时的膨胀量与初始尺寸之比。

在PCB设计中，通过对电路板材料的热膨胀系数进行分析，可以预测电路板在高温环境下可能出现的材料破裂、开裂等问题，从而避免设计上的失误。

2. 结构热应力分析结构热应力分析是一种通过数值计算方法，模拟和分析电路板在热载荷下的应力分布和变形情况。

通过对PCB设计中的不同部件进行热应力分析，可以找出潜在的应力集中区域，避免热应力过大导致的破裂或变形。

快客电路详解电路热分析以及pcb热功耗

快客电路详解电路热分析以及pcb热功耗电路热分析电路热分析分为3个步骤：首先估计元器件中产生的热量，然后估计PCB或散热片散发的热量，最后估计元器件将要运行的环境温度。

PCB或散热器会通过对流、传导或辐射方式将元器件的热量散发出去。

传导散热主要是通过功率器件芯片金属引线框和PCB 上的铜箔来传导热量。

一旦PCB铜箔或分立散热片传导出热量，就为对流散热提供了足够大的将热量散播到空气中的表面积。

对流散热也有一些困难，在高温下，热阻会增加，为此采用热阻作为热分析参数。

元器件数据中给出的若是从结到外界的热阻Rja，则该值表示的是当元器件未连散热片或未焊到PCB 上时的温升。

热设计中关键的热阻是从芯片到PCB的热阻Rjb及从芯片到封装表面的热阻Rjc，可用两个JEDEC标准PCB测量Rja，一个是单面PCB，另一个是多层PCB。

如果有Rjb 和Rjc规格，可估计元器件的真实温升。

在测量Rja时，PCB上没有其他芯片，当元器件周围有电源和其他散发热量的芯片时，以及当PCB处于一个空间有限的无风扇塑料外壳中时，实际温升会高于Rja测量给出的值，因为多数元器件的塑料封装顶面都几乎不传送热量。

环氧树脂塑料的热传导能力为0.6～1W/（m·K）（瓦每米开尔文），而铜的导热能力是400W/（m·K）。

因此，铜的导热能力比塑料高400～600倍。

热分析中的最后一步是估计环境温度，这步十分重要。

例如，实验室空气温度为25℃，工作台上的芯片工作在50℃。

当将这些芯片放到50℃的环境温度下，芯片的温度将达到75℃。

但在估计环境温度步骤中，有时无法确定元器件可能要工作的环境情况。

在分析PCB热功耗时，一般从以下几个方面来分析。

（1）电气功耗，即PCB单位面积上的功耗、PCB上功耗的分布。

（2）PCB的结构，即PCB的尺寸和材料。

（3）PCB的安装方式（如垂直安装，水平安装）、密封情况和离壳体的距离。

（4）热辐射，即PCB表面的辐射系数、PCB与相邻表面之间的温差和它们的绝对温度。

电路板的有限元热分析及热变形分析方法

电路板的有限元热分析及热变形分析方法作者：马鹏张学玲来源：《科教导刊·电子版》2016年第30期摘要为避免工作发热导致集成电路失效，电路板的设计应满足工作温度和热变形要求。

本文在阐述物体热量产生和传导理论基础上，利用有限元分析软件建立了相关集成电路板的有限元模型，分析确定其工作时的边界条件，对其进行了温度场分析、热加载下的结构变形分析，并研究了电路板散热条件对温度场和热变形的影响。

实际测量结果和仿真结果相吻合，说明该方法可为集成电路的设计提供参考依据。

关键词电路板有限元热分析热变形由于集成电路不断地微型化和电子封装密度的不断提高，单位体积内容易产生更大的热量。

电路板在使用中会发热使温度升高，当温度过高时，会引起自身或相关设备的损坏或恶化使用环境，失效率增加；发热还可能引起电路板热变形，如果封装材料间热膨胀系数不匹配，还会导致焊锡开裂导致电路失效。

因此在设计阶段需要了解其工作条件下温度场分布及发热变形情况，以便针对性地设置散热条件，保证电路板正常工作。

国内外对集成电路的研究工作包括稳态热分析、瞬态热分析、电热耦合的分析等，主要集中在热分析方法算法研究，和电路板温度场分布研究。

1电路板材料和结构布局设计为使MOSFET板结构紧凑，一般在电路板上均匀排列布置电路元件。

在工作状态下，MOSFET需要流经大电流，内部温度将快速升高。

金属铝基印制板可有效地解决散热问题，从而使印制板上不同材质、不同类型的元器件的热胀冷缩问题缓解，提高了整机和电子器件的耐用性和可靠性。

MOSFET管、正极、负极和三相铜柱为发热元件；热量有热传导方式通过铝基板传递到底座铝板，然后通过辐射方式散发到周围空气中。

持续工作的电路板，在工作初期，发热量大于散热量，温度逐渐上升，当散热与发热达到平衡时，系统达到稳定状态，温度保持稳定。

2有限元分析2.1 模型计算参数和边界条件按照实际尺寸建立铝基板、发热元件和底座铝板的几何模型。

单面刚性印制电路板的热散失与热传导分析

单面刚性印制电路板的热散失与热传导分析热散失和热传导是单面刚性印制电路板（PCB）设计中非常重要的考虑因素。

在电子设备中，随着电流通过电路板和组件，会产生大量的热能。

如果热量不能有效地散发和传导，会导致电路板或组件过热，从而影响其性能和寿命。

因此，准确分析和解决热散失和热传导问题对于电路板设计至关重要。

首先，我们将讨论单面刚性印制电路板的热散失问题。

热散失是指将电路板上产生的热量迅速传递到周围环境，以保持电路板的温度在可接受的范围内。

为了有效散发热量，我们可以采取以下几种措施。

首先，合理的电路板布局非常重要。

将高功率组件放置在电路板上的不同位置，可以避免热量在局部区域聚集。

此外，通过合理安排电路板上的散热孔，可以增加热量散发的表面积。

这些散热孔通常位于电路板的边缘，可以通过导热的方式将热量传递到周围环境。

其次，合适的散热材料和散热器选择也非常重要。

选择具有良好导热性能的散热材料，例如铝或铜，可以提高热量传递的效率。

同时，安装散热器在电路板上，可以增加表面积，提高热量散发的效果。

除了热散失外，热传导也是一个需要关注的问题。

热传导是指热量在电路板内部的传递过程。

如果不适当的处理热传导问题，可能会导致电路板局部温度过高，引发故障。

因此，我们需要采取措施来优化热传导。

首先，合适的导热材料选择是非常重要的。

在电路板设计中，通常会在高功率组件和铜箔层之间添加导热垫或导热胶。

这些导热材料可以提高热量在电路板内部的传导效率，并将热量有效地传递到较大的散热区域。

其次，适当的散热孔布局也可以帮助优化热传导。

通过合理安排散热孔的位置和数量，可以在电路板内部形成热对流，提高热传导效果。

除了以上措施，我们还可以采用其他方法来进一步改善单面刚性印制电路板的热散失和热传导问题。

首先，可以考虑使用多层电路板。

多层电路板包含内部层和外部层，通过通过内部层的导热铜箔层来增加热量传导的路径。

这样可以有效地提高热传导效率，避免局部温度过高。

PCB设计中的热设计因素

PCB设计中的热设计因素PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）是现代电子设备中不可或缺的组成部分之一。

在PCB设计过程中，热设计是至关重要的考虑因素之一。

本文将详细介绍PCB设计中的热设计因素，并探讨如何有效地应对这些设计难题。

一、PCB热设计的重要性PCB在电子设备中起着连接和支持电子元件的关键作用。

然而，由于电子元件在工作过程中会产生热量，如果不能有效地将这些热量散发出去，就会影响电子产品的性能和寿命。

因此，在PCB设计过程中，要考虑到热设计的重要性，确保电子设备正常工作并长时间稳定运行。

二、热设计因素在PCB设计中，以下几个因素对热量的传导和散发起着决定性的作用。

1. PCB材料选择PCB的材料选择对于热传导和散热性能有着直接影响。

一般来说，金属基板具有较好的散热性能，能够有效地将热量传导到外部环境中。

而普通的玻璃纤维材料则较为常见。

在选择材料时，需要考虑到电子设备的功耗、工作环境以及成本等因素。

2. PCB布线设计PCB布线设计对于热量的传导和散发也有着重要影响。

合理布置电子元件以及导线路径可以减少热量的集中，提高整个电路板的散热效果。

布线时应尽量避免电路板上元件的过于密集，避免热量相互干扰，同时留出足够的散热空间。

3. 外部散热结构设计在PCB设计过程中，应考虑到外部散热结构的设计，如散热器、散热片等。

这些结构可以吸收和散发热量，从而保持整个电路板的温度稳定。

合理设计散热结构可以提高散热效果，延长电子设备的使用寿命。

4. 热管理系统对于一些高功率和高温的电子设备，通常需要设计热管理系统来确保其正常工作。

这些系统包括温度传感器、风扇等。

温度传感器可以实时监测电路板的温度，并根据需要调整散热设备的转速。

风扇可以增强空气流动，提高散热效果。

三、应对热设计难题的方法在PCB热设计过程中，我们可以采取一些方法来解决设计难题，提高散热效果。

1. 合理布局元件根据元器件的功耗和发热量，合理布局元件的位置，避免热量集中和相互干扰。

用PCB热性能分析以保证设备正常工作

利用PCB热性能分析以保证设备正常工作如今的PCB电子组件密度比以前提高许多，同时功率密度也相对增加，PCB设计人员已不能再忽略热效应所产生的影响。

由于电子零配件的性能会随温度产生变化，温度越高其电气性能会越低，因此在电路板设计过程中必须针对PCB进行热性能分析，以保证设备在正常条件下能可靠地工作。

热分析可协助设计人员确定PCB上部件的电气性能(图1)，帮助设计人员确定零配件或PCB是否会因为高温而烧坏。

简单的热分析只是计算PCB的平均温度，复杂的则要对含多个PCB和上千个零配件的电子设备建立瞬态模型。

正确输入是关键无论分析人员在对电子设备、PCB以及电子组件建立热模型时多幺小心翼翼，热分析的准确程度最终还要取决于PCB设计人员所提供的组件功耗的准确性，换句话说，如果输入不正确，就无法得出有用的东西。

在许多应用中重量和物理尺寸非常重要，如果组件的实际功耗很小，可能会导致设计的安全系数过高，进而使PCB的设计采用与实际不符或过于保守的组件功耗值作为根据进行热分析，并且进行修改。

与之相反(同时也更为严重)的问题是热安全系数设计过低，也即组件实际运行时的温度比分析人员预测的要高，此类问题一般要通过加装散热装置或风扇对PCB 进行冷却来解决。

这些外接附件增加了成本，而且延长了制造时间，在设计中加入风扇还会给可靠性带来一层不稳定因素，因此PCB现在主要采用主动式而不是被动式冷却方式(如自然对流、传导及辐射散热)，以使组件在较低的温度范围内工作。

热设计不良最终将使得成本上升而且还会降低可靠性，这在所有PCB设计中都可能产生，诸如航空航天、汽车及消费电子产品等。

花费一些功夫准确确定组件功耗，再进行PCB热分析，这样有助于生产出小巧且功能性强的产品。

应使用准确的热模型和组件功耗，以免降低PCB设计效率。

组件功耗计算准确确定PCB组件的功耗是一个不断重复迭代的过程，PCB设计人员需要知道组件温度以确定出损耗功率，热分析人员则需要知道功率损耗以便输入到热模型中。

热分析与热设计技术

热分析与热设计技术发表时间：2009-12-13 16:12:37 热与冷都会对电路造成负面影响。

在极高温下，芯片可能烧毁（图1）。

更常见的情况是，如果你的设计达到未曾预料的温度，很多部件都可能超出规定极限。

当出现这种情况时，电路就可能表现出难以预料的行为。

另外一个情况也同样值得关注，即电路温度从热到冷，然后又从冷到热。

这种状况会造成热冲击，也会毁坏元件。

很多工程师并不关心自己的电路在低温下的性能，但这种忽视是一个错误。

半导体器件的性能在低温下会发生显著变化。

双极晶体管的基射结电压在低温下会大大升高（图 2 和参考文献 1）。

Analog Devices 产品开发工程经理 Francisco Santos 说：“如果你要设计一个能够在负温度下工作于1.8V的放大器，就要考虑当从室温降到-40℃时，VBE（基射电压）会增加 130mV。

这种情况将迫使设计者采用一组完全不同的放大器架构。

”很多放大器，如Analog Devices 的AD8045，在冷却时会加速（图3），而有些放大器（如AD8099）则在变冷时会降速。

已退休的Linear Technology 信号处理产品前副总裁兼总经理Bill Gross称：“双极晶体管在低温下遇到的多数麻烦是低电压工作。

”他认为，较高的基射电压和较小的电流增益都更难于满足规格要求。

他说：“较低的输入阻抗和b（电流增益）的不匹配都会造成低温下的大问题。

尤其是当它们为室温运行作了调整时。

较高的gm（跨导）很容易通过改变工作电流而得到补偿，但这样的话转换速率就会变化。

”低温会造成振荡、不稳定、过冲，以及不良的滤波性能。

百万分之几测量法可以改变你的元件在高温和低温下的值。

如果你预计IC内核工作在 -55℃ ~ +85℃，则在25℃环境下只需60℃就到了最高温度上限，而从环境温度到-55℃是80℃温差。

所以，要查明你的错误就应检查热与冷两种情况。

Kettering大学（密歇根州 Flint）电气工程教授James McLaughlin认为，当你将硅片加热超过数百度时，它会“本质化”。

PCB的热分析与热

PCB的热设计热分析、热设计是提高印制板热可靠性的重要措施。

基于热设计的基本知识，讨论了PCB设计中散热方式的选择、热设计和热分析的技术措施。

1、热设计的重要性电子设备在工作期间所消耗的电能，除了有用功外，大部分转化成热量散发。

电子设备产生的热量，使内部温度迅速上升，如果不及时将该热量散发，设备会继续升温，器件就会因过热失效，电子设备的可靠性将下降。

SMT使电子设备的安装密度增大，有效散热面积减小，设备温升严重地影响可靠性，因此，对热设计的研究显得十分重要。

2、印制电路板温升因素分析引起印制板温升的直接原因是由于电路功耗器件的存在，电子器件均不同程度地存在功耗，发热强度随功耗的大小变化。

印制板中温升的2种现象：（1）局部温升或大面积温升；（2）短时温升或长时间温升。

在分析PCB热功耗时，一般从以下几个方面来分析。

2.1电气功耗（1）分析单位面积上的功耗；（2）分析PCB板上功耗的分布。

2.2印制板的结构（1）印制板的尺寸；（2）印制板的材料。

2.3印制板的安装方式（1）安装方式（如垂直安装，水平安装）；（2）密封情况和离机壳的距离。

2.4热辐射（1）印制板表面的辐射系数；（2）印制板与相邻表面之间的温差和他们的绝对温度； 2.5热传导（1）安装散热器；（2）其他安装结构件的传导。

2.6热对流（1）自然对流；（2）强迫冷却对流。

从PCB上述各因素的分析是解决印制板的温升的有效途径，往往在一个产品和系统中这些因素是互相关联和依赖的，大多数因素应根据实际情况来分析，只有针对某一具体实际情况才能比较正确地计算或估算出温升和功耗等参数。

3、热设计原则 3.1选材（1）印制板的导线由于通过电流而引起的温升加上规定的环境温度应不超过125℃（常用的典型值。

根据选用的板材可能不同）。

由于元件安装在印制板上也发出一部分热量，影响工作温度，选择材料和印制板设计时应考虑到这些因素，热点温度应不超过125℃。

尽可能选择更厚一点的覆铜箔。

电路板级热分析计算方法

电路板级热分析计算方法
热分析是个很麻烦的事情，有很多软件可以做这件事情，事实上很大一部
分的工作是机构工程师做的，他们根据我们提供的一些参数得到如下图所示的
结果：
我们也有我们需要做的事情，因为我们在实际的时候不可能在一开始就
把PCB 板布好，我们需要做一些初步的计算，知道每个元件在独立的情况下，他们的散热和温度情况。

我们要分析的东西首先注明：
三极管，二极管，Mos 管，电阻，继电器
芯片(单片机, 稳压器, 驱动)
电容(一般是ESR 大的需要分析)
PCB 板的大电流线
当然我们的步骤是比较简单的，首先确定环境温度，然后计算最大功率下，元件的结温。

判断的方法就是把那些散热功率=85%乘以额定功率和大于
1/4W 的器件，我们就需要注意他们了。

稳态功耗的计算
下面把所有的公式罗列出来：
单片机的工作电流是和频率有关系的：
电容热计算和纹波电压和ESR 有关不详细叙述了。

tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。

仅供参阅！。