一、熱設(shè)計

熱設(shè)計是隨著通訊和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一個較新的行業(yè)，且越來越被重視。隨著通訊和信息產(chǎn)品性能的不斷提升和人們對于通訊和信息設(shè)備便攜化和微型化要求的不斷提升，信息設(shè)備的功耗不斷上升，而體積趨于減小，高熱流密度散熱需求越來越迫切?。

熱設(shè)計便是采用適當(dāng)可靠的方法控制產(chǎn)品內(nèi)部所有電子元器件的溫度，使其在所處的工作環(huán)境條件下不超過穩(wěn)定運(yùn)行要求的最高溫度，以保證產(chǎn)品正常運(yùn)行的安全性，長期運(yùn)行的可靠性?。此外，低溫環(huán)境下控制加熱量而使設(shè)備啟動也是熱可靠性的重要內(nèi)容。

? ? ??目前，熱設(shè)計在電動汽車動力系統(tǒng)熱管理和熱仿真、高科技、醫(yī)療設(shè)備、軍工精密裝備等行業(yè)中越來越被重視，成為產(chǎn)品研發(fā)中不可缺少的重要領(lǐng)域。

? ? ? ?FLOTHERM是一套由電子系統(tǒng)散熱仿真軟件先驅(qū)----英國FLOMERICS軟件公司開發(fā)并廣為全球各地電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師和電子電路設(shè)計工程師使用的電子系統(tǒng)散熱仿真分析軟件，全球排名第一且市場占有率高達(dá)80%以上。

三、電子行業(yè)熱分析

電子行業(yè)是有限元分析應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。隨著全球電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品的設(shè)計愈來愈精細(xì)、復(fù)雜，市場競爭要求電子產(chǎn)品在性能指標(biāo)大幅度提高的同時，還要日趨小型化。電子產(chǎn)品跌落、新型電子材料的研發(fā)和制造、音頻設(shè)備聲場特性的設(shè)計和評估、電子產(chǎn)品的熱力仿真、芯片封裝的熱分析等的力學(xué)仿真是電子領(lǐng)域中很深入、復(fù)雜并極具挑戰(zhàn)性的課題，需要多門學(xué)科的理論和方法的綜合應(yīng)用。

??? ? 電子產(chǎn)品熱分析：

? ? ??顯卡熱管散熱器，通過添加熱管能有效的降低熱源到散熱器的熱阻，進(jìn)而顯著提高顯卡散熱性能。

2.?LED封裝仿真以及散熱片散熱性能

詳細(xì)的LED封裝模型，通過仿真驗(yàn)證和考察電路板及散熱片的散熱性能。

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根據(jù)具體的封裝結(jié)構(gòu)，建立詳細(xì)分析模型，計算芯片正常工作或瞬態(tài)變化（比如啟動）時的熱特性和溫度分布情況。芯片級熱分析。

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IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(絕緣柵雙極型晶體管)的縮寫，IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件。在電力電子等領(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用。但其對工作環(huán)境要求苛刻，需要穩(wěn)定可靠的散熱環(huán)境。通過熱仿真對IGBT進(jìn)行系統(tǒng)級別分析，根據(jù)計算結(jié)果改進(jìn)并且優(yōu)化散熱和布局方式。

針對熱源功耗，充分考慮產(chǎn)品重量，成本等因素，合理選擇和設(shè)計散熱器；并且通過熱仿真計算，確定散熱器的熱阻特性。

通過調(diào)整結(jié)構(gòu)，優(yōu)化散熱路徑，增加熱管散器等方式，有效的降低了柜內(nèi)電氣設(shè)備的工作溫度。同時根據(jù)計算確定正常工作時電器柜內(nèi)的熱環(huán)境以及各個模塊的溫度值，優(yōu)化柜子散熱性能以及模塊的布局。

半導(dǎo)體元器件熱仿真

8.?如果一款機(jī)箱不能夠起到良好的散熱效果，那么對這些硬件就會產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞。隨著電腦配件中幾大件發(fā)熱源功率的不斷增加，INTEL公司為了保證自己生產(chǎn)的CPU的溫度能被控制在一個穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，針對機(jī)箱提出了機(jī)箱散熱規(guī)范CAG（Chassis Air Guide），該規(guī)范是一個機(jī)箱內(nèi)各部件的冷卻散熱解決方案，只有通過了結(jié)構(gòu)、EMI、噪音、散熱等所有一系列測試，一款機(jī)箱才能夠被認(rèn)定為是符合規(guī)范的產(chǎn)品。正是由于INTEL規(guī)范的提出，非常多的廠商針對機(jī)箱散熱做出了改善， 以下是采用Abaqus進(jìn)行機(jī)箱散熱分析，從而優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)。

??9. 電子封裝中熱傳導(dǎo)和熱應(yīng)力問題

? ?? ????Abaqus包括51種純熱傳導(dǎo)和熱電耦合單元，83種隱式和顯式完全熱固耦合單元，覆蓋桿、殼、平面應(yīng)變、平面應(yīng)力、軸對稱和實(shí)體各種單元類型，包括一階和二階單元，為用戶建模提供極大的方便。而其他通用有限元軟件對應(yīng)的熱分析單元數(shù)量都比Abaqus少，如ANSYS中純熱傳導(dǎo)和熱耦合單元總計為40種，MARC中純熱傳導(dǎo)單元為40種，無完全熱固耦合單元。右圖是臺灣新竹清華大學(xué)采用Abaqus分析BGA焊點(diǎn)熱應(yīng)力和熱應(yīng)變的模型圖。

? ? ??下圖為采用Abaqus分析得到的某電路板的溫度場分布云圖。

? ? ??Fe-Safe提供了金屬和非金屬材料疲勞壽命預(yù)估功能。它依托于Abaqus的求解器模塊，將Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit的應(yīng)力分析結(jié)果根據(jù)載荷出現(xiàn)的幾率進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計和分析，得到疲勞壽命的預(yù)估值，并可以用Abaqus/CAE的圖形界面進(jìn)行處理，得到用戶關(guān)心的參數(shù)，有效地指導(dǎo)結(jié)構(gòu)的疲勞設(shè)計。Fe-Safe和Abaqus的分別是疲勞壽命計算及結(jié)構(gòu)位移／位移分析方面的最優(yōu)秀分析軟件，兩者的有機(jī)結(jié)合可以對機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計和分析提供最佳的解決方案。

? ???下圖為芯片焊點(diǎn)疲勞失效分析。

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? ? ? 1.某? ????2.IGBT與艾默生（）網(wǎng)絡(luò)能源科技的熱控團(tuán)隊(duì)（：）合作，完成某風(fēng)電公司全功率風(fēng)電變流器的水冷散熱設(shè)計。

單個冷板設(shè)計難度不大。采用嵌管工藝，保證無泄漏、長壽命、高可靠性。整個管網(wǎng)的流阻匹配性設(shè)計和監(jiān)控系統(tǒng)可靠性更為重要。

下圖為推出的兩相蒸發(fā)冷凝回路的冷板方案

3DCNC? ? ??? ? ? 3.某智能電視熱分析

???????? 4 某手機(jī)熱流分析

????? 5 某獨(dú)立顯卡散熱分析

? 6 某PCB板散熱分析

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14 IGBT功率模塊散熱仿真分析

半導(dǎo)體制造技術(shù)的快速發(fā)展，促使更高容量的IGBT完成大功率轉(zhuǎn)換，高電壓和高電流產(chǎn)生大量的熱，會導(dǎo)致芯片溫度過高進(jìn)而損壞IGBT模塊，此外溫度均勻性也有利于功率模塊的可靠性，因此散熱系統(tǒng)的設(shè)計尤為重要。IGBT模塊的核心元件是功率半導(dǎo)體，直接連接在銅基板上，基板由銅層、陶瓷片和另一個銅層組成，底部的銅層附著在金屬底座上，為功率模塊和散熱器之間的接口。

IGBT模塊熱仿真的方法包括全尺寸建模和熱阻法，由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性全尺寸建模方法計算量太大，熱阻法更為常用，一般產(chǎn)品手冊中給出的熱阻值包括結(jié)-殼熱阻、殼-散熱器熱阻和散熱器-環(huán)境熱阻，在熱仿真過程中如何合理利用這些數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為模型參數(shù)，對仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性很重要。