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元器件的型材散熱器需要通過溫度預(yù)測來確定元器件溫度的預(yù)測非常重要,關(guān)乎到應(yīng)該選用什么樣的型材散熱器來裝配,在很多方面都有舉足輕重意義。元器件溫度關(guān)系到可靠性,早期研究認(rèn)為現(xiàn)場故障率與元器件溫度相關(guān)。最近,基于物理學(xué)的可靠性預(yù)測將電子組件的故障率與工作周期(上電、關(guān)斷、上電...)內(nèi)的溫度變化幅度和溫度變化率關(guān)聯(lián)起來,而這兩個因素均受穩(wěn)態(tài)工作溫度的影響。故障常常歸結(jié)于焊點(diǎn)疲勞。在某些應(yīng)用中,例如計算,溫度會對 CPU 速度產(chǎn)生不利影響;而在另一些情況下,元器件必須在極為相似的溫度下運(yùn)行,以免產(chǎn)生時序問題。高溫會導(dǎo)致閂鎖等運(yùn)行問題。無論是要提高可靠性、改善性能,還是要避免運(yùn)行中出現(xiàn)問題,精確的元器件溫度預(yù)測都有助于熱設(shè)計人員達(dá)成目標(biāo)。最大限度地提高元器件溫度預(yù)測的確定度。 借助可靠、精確的元器件溫度預(yù)測,設(shè)計人員可以了解設(shè)計值與最大容許1溫度的接近程度。本文討論如何在整個設(shè)計流程中實現(xiàn)高保真度元器件溫度預(yù)測,并提高最終仿真結(jié)果的可信度。 1、 為關(guān)鍵元器件明確建模
為了準(zhǔn)確預(yù)測關(guān)鍵元器件的溫度,作為熱仿真的一部分,應(yīng)當(dāng)為元器件明確建模,這可以說是不言而喻的。然而,并非所有元器件都需要建模,而且這樣做常常是不切實際的。對熱不是特別敏感的低功率密度的小元器件,可以視為熱良性,無需以離散方式表示。這些元器件產(chǎn)生的熱量可以作為背景熱源應(yīng)用于整個電路板,或者作為電路板上的封裝熱源。在設(shè)計后期,當(dāng)從 EDA 系統(tǒng)導(dǎo)入已填充的電路板時,F(xiàn)loTHERM 和 FloTHERM PCB 提供的篩選選項會自動完成這些操作。
較大的元器件可能會阻礙氣流,因而需要直接表示為三維對象。屬于這種情況的一類元器件是電源等所使用的電解電容。它們對熱敏感,最高容許溫度也較低。
大型高功率元器件和高功率密度的元器件需要以離散方式建模,因為臺車爐其熱管理和對鄰近元器件的影響對產(chǎn)品的整體熱設(shè)計十分重要。
2、使用正確的功率估算值
如上所述,是否有必要表示一個元器件,部分程度上直接取決于其功率密度,即元器件功率除以封裝面積。
隨著設(shè)計的展開并且掌握更多信息后,有必要重新審視應(yīng)當(dāng)以離散方式為哪些元器件建模。在設(shè)計早期,可能只能使用元器件的最大額定功率來代替其可能功耗的估算值。個別元器件以及整個電路板的功率預(yù)算會隨著設(shè)計的進(jìn)行而改變,因此需要定期重新檢查。
元器件的功率估算值可以通過多種方法獲得,例如使用 Mentor Graphics Modelsim 創(chuàng)建基于 RTL 的功率估算。
3、 使用正確的封裝熱模型
“簡化 PCB 熱設(shè)計的 10 項提示”中介紹了元器件熱模型。元器件熱模型的選擇取決于多個因素。
在電路板布線之前或尚不知道電路板中層數(shù)的早期設(shè)計中,精確預(yù)測元器件溫度是不可能的,因此不需要元器件的精密熱模型。隨著設(shè)計的深入,當(dāng) PCB 模型可以優(yōu)化時,元器件熱模型也應(yīng)當(dāng)優(yōu)化。
選擇最合適的元器件熱模型是一個迭代過程,因為若元器件的預(yù)測溫度很高,則說明不僅需要優(yōu)化元器件的熱模型,還可能需要考慮元器件專用熱管理解決方案。
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