Workbench案例3-PCB电路板芯片热分析

简介

下图所示的电路板包括三个在正常运行时会产生热量的芯片。其中一只芯片要电路板通电，芯片就会保持通电，另外两个芯片通电和断电是周期性地，在不同的时间以及有不同的持续时间。稳态热分析和瞬态热分析用于研究由这些芯片产生的热量引起的温度变化。

操作步骤

1. 创建稳态热分析项目：Steady-State-Thermal；
   在稳态分析项目之后，创建一个瞬态热分析项目，并于稳态热分析项目连接；连接方式如图所示：

   

2. 导入几何模型：导入PCB板的几何模型X_T格式；切换单位制为：Metric（m,kg,N,s,V,A）

   

3. 网格划分：设置网格划分方式为Multi Zone；

   设置Sizing：选择初PCB板之外的其他15个元件，设置网格尺寸为：0.0009m；

   设置Sizing：选择PCB板，设置单元尺寸大小为：0.002m；如图所示：

   

4. 设置边界条件：

   设置发热芯片的发热量：Internal heat generation 大小为：5e7W/m³；芯片位置如图所示：

   

   设置热传导Convection：选择所有的几何模型；在Film Coefficient栏右键，选择Import Temperature Dependent，如图所示：

选择Stagnant Air-Simplified Case；如图所示：

5.求解&查看结果：查看稳态分析结果的PCB板及元件温度场如图所示：

现在已完成稳态热分析，这是总体目标的第一部分；对于本案例，将在其余步骤中执行瞬态热分析。

准备瞬态热分析时需要注意的事项：

• 如果突出显示瞬态热对象下的初始温度对象，会注意到在详细信息视图中，只读显示初始温度和初始温度环境。一般来说，初始温度可以是：– 统一温度：可以在其中指定结构中所有物体的温度=0，或 – 非均匀温度：（如本例所示）在其中导入温度规范 在时间=0 时，来自稳态分析。 

• 初始温度环境来自您刚刚执行的稳态热分析。默认情况下，稳态分析的最后一组结果将用作初始 健康）状况。如果有多个结果集可用，可以指定不同的集（不同的时间点）

6.设置瞬态分析的时间：

总的瞬态仿真时间：200s；设置时间子步如图所示：

7.设置边界条件：

设置其中一个芯片的发热量（Internal Heat generation=5e7W/m³），其作用时间为20-40s；具体设置参数如下所示：

设置另外一个芯片开关作用的时间及发热量：（Internal Heat Generation=1e8W/m³）；设置具体参数如下图所示：

8.求解及结果查看：

瞬态仿真得到的温度场云图，如图所示：

瞬态温度仿真温度与时间数据，如图所示：

设置Temperature Probe，选择稳态分析中产生发热的芯片：

得到其温度与时间的关系曲线：

同理，采用Temperature Probe可以分别得到瞬态仿真时设置的另外两个发热芯片的时间温度曲线：

选择三个Temperature Probe，点击Model菜单栏上的Chart，生成3个芯片温度&时间曲线的合成曲线图：

本案例使用的PCB板几何模型（X_T格式）下载地址：