案例應(yīng)用丨 PCB電熱協(xié)同仿真分析實(shí)例：添加異形匯流條的PCB裸板電熱協(xié)同仿真分析

上期推文為大家介紹了使用芯瑞微(上海)電子科技有限公司推出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多物理場(chǎng)仿真平臺(tái)PhysimML中的電熱協(xié)同仿真軟件PhysimET對(duì)添加匯流條的PCB進(jìn)行電熱協(xié)同仿真的案例。PhysimET的仿真結(jié)果證明，添加匯流條后可以有效地降低整板的溫度及功耗。在部分應(yīng)用場(chǎng)景中，匯流條的外型需要根據(jù)PCB layout進(jìn)行定制，并非規(guī)則的長(zhǎng)方體，本案例介紹了這種情況下，添加異形匯流條的電熱協(xié)同仿真分析過(guò)程。

一、仿真設(shè)置步驟

01案例模型導(dǎo)入

首先打開(kāi)PhysimML，選擇需要仿真的案例并將其導(dǎo)入。該案例為某大型服務(wù)器的PCB中的一部分，導(dǎo)入后模型如圖所示。

案例TOP層設(shè)計(jì)視圖

L02層設(shè)計(jì)視圖

02 修改仿真材料信息

檢查疊層信息，修改相關(guān)材料，本例將所有金屬層的材料修改為Physim-ET自帶材料庫(kù)內(nèi)的copper_20，即電導(dǎo)率隨溫度變化的金屬銅，將所有介質(zhì)層的材料修改為FR4。

案例疊層設(shè)置

03構(gòu)建電源回路
在Net Pane中選擇需要仿真的電源網(wǎng)絡(luò)和地網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。

仿真網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置

本案例中由一個(gè)六相電源為負(fù)載供電：將電源設(shè)置為Vsource，負(fù)載設(shè)置為Sink，電感設(shè)置為Discrete。

電氣模型類(lèi)型設(shè)置

設(shè)置該多相電源的電壓值為12V;負(fù)載端載流120A。

電氣模型參數(shù)設(shè)置

04 提取電源樹(shù)
提取本案例的電源樹(shù)模型如圖所示。

電源樹(shù)模型

05 添加異形匯流條

PhysimET內(nèi)嵌的Basic3D模塊，可以快速高效地創(chuàng)建、修改3D匯流條模型。

Basic3D中的匯流條模型

在Power Bar 3D Object中添加該匯流條模型,并調(diào)整其所在層與位置。

設(shè)置匯流條位置與層

設(shè)置完成后，可以查看加載匯流條后的PCB 3D模型，如下圖所示。

異形匯流條布局3D示意圖

設(shè)置熱仿真場(chǎng)景與條件 本案例的仿真場(chǎng)景為添加匯流條的裸板焦耳熱仿真，在軟件設(shè)置界面選擇Joule heating only即可。

06 熱仿真場(chǎng)景設(shè)置

設(shè)置仿真環(huán)境為自然對(duì)流，環(huán)境溫度25度，如下圖所示。

熱仿真條件設(shè)置

二、對(duì)比分析

仿真結(jié)束后，通過(guò)對(duì)比添加匯流條前后的電流密度仿真結(jié)果云圖，可以觀察到：匯流條起到了顯著的輔助載流作用。

添加匯流條前后的電流密度結(jié)果對(duì)比

對(duì)比添加匯流條前后的溫度分布結(jié)果，可以看出：添加匯流條后，該區(qū)域的溫度整體下降約2.1℃，且溫度的分布趨勢(shì)也有明顯優(yōu)化。

添加匯流條前后的溫度結(jié)果對(duì)比

三、總結(jié)

PhysimET支持添加異形匯流條的電熱協(xié)同仿真分析，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)的需求而完成用戶的仿真分析。

通過(guò)PhysimET內(nèi)嵌的Basic3D模塊，用戶可以方便快捷地導(dǎo)入、修改sat、step等通用格式的三維文件，也可在Basic3D內(nèi)完全自主地設(shè)計(jì)、生成異型匯流條。

PhysimET采用了全3D網(wǎng)格剖分技術(shù)，將匯流條等外部結(jié)構(gòu)和PCB整合建模后，共同進(jìn)行網(wǎng)格剖分、仿真，從而確保了這類(lèi)復(fù)雜場(chǎng)景下仿真結(jié)果的精度與可靠性。