Расчет печатной платы

[kolo666 253]

Например, имеется печатная плата с микросхемой(2см.кв., кристалл 0.25см.кв.). Внутренне сопротивление микросхемы 11Вт/К, тепловая мощность кристалла при загрузке 100% 1.87, микросхема приклеивается клеем(тепловое сопротивление 0.025 Kсм2/Вт). 

Подскажите пожалуйста как промоделировать данную систему? Необходим стационарный режим, в среде 40 Цельсий. Не могу разобраться как используя параметры микросхемы грамотно ее промоделировать...какие материалы применять...в общем любая информация будет очень полезной для меня)

Изменено 18 октября 2013 пользователем kolo666

[Tiopli 42]

Например, имеется печатная плата с микросхемой(2см.кв., кристалл 0.25см.кв.). Внутренне сопротивление микросхемы 11Вт/К, тепловая мощность кристалла при загрузке 100% 1.87, микросхема приклеивается клеем(тепловое сопротивление 0.025 Kсм2/Вт). 

Подскажите пожалуйста как промоделировать данную систему? Необходим стационарный режим, в среде 40 Цельсий. Не могу разобраться как используя параметры микросхемы грамотно ее промоделировать...какие материалы применять...в общем любая информация будет очень полезной для меня)

Материал платы выбираете здесь:

У меня не получалось соответствия по количеству слоёв с предложенным SW, подбирал экспериментально.

Свой материал создаётся в Инженерной базе данных:

Находите похожий материал, или не очень похожий, но имеющий все необходимые тепловые параметры в своей таблице, копируете его таблицу, вставляете в новый, свой материал, и меняете параметры его на свои.

В этой же базе подбираете тепловое сопротивление и там же можете создать свой материал платы, используя предложенный SW, как шаблон.

У меня всё получалось близко к эксперименту, но требовало экспериментальной подгонки параметров.

[MotorManiac 130]

тепловое сопротивление 0.025 Kсм2/Вт

 

Размерность не та. Делайте САПР модель, дальше навешайте краевые условия и считайте.

[kolo666 253]

 

тепловое сопротивление 0.025 Kсм2/Вт

 

Размерность не та. Делайте САПР модель, дальше навешайте краевые условия и считайте.

 

Размерность поменять не проблема) Интересует вопрос, мне микросхему рисовать как кристалл(допустим из кремния) + пластиковая оболочка, либо я могу просто изобразить кристалл, задать ему материал кремний, задать в теле кристалла мощность 1.87Вт, и назначить термическое сопротивление м/у поверхностью платы и кристалла 11 К/Вт? А могу я обойтись без термического сопротивления задав температуру кристалла равной 1.87 Вт * 11 К/Вт = 20,57 К ?  

Алямовский вроде чип моделировал как просто кремниевый кристалл, а плате задавал материал пластик, как вы к этому относитесь? И вообще, мне анализ в Simulation или FlowSimulation проводить?

[kolo666 253]

Для простоты взял плату из пластика размерами 30*30*0.7, микросхему как пластинку из кремния размерами 5*5*1. Задал тепловое сопротивление 11 К/Вт между кристаллом и платой.

Назначил тепловую мощность для чипа в целом.

Создал сетку и посчитал, из контактов компонентов только тепловое сопротивление..

Добавил конвекцию

 

Имеет ли место быть такой расчет?

Изменено 19 октября 2013 пользователем kolo666

[MotorManiac 130]

Simulation или FlowSimulation проводить

 

Я во флоу считал. Делайте полностью модель с разумными упрощениями, чип как кубик итд, оболочку чипа, микросхему - навешиваете на них хар-ку материала, тепловыделение в объеме (чипа), на внешние стенки - характеристику конвективного теплообмена. Дальше получите равновесные температуры по модели в стационарном режиме.

[dimusikald 2]

Сделай в базе two resist component. И пользуйся, на здоровье.
 

 

[ZodiaC 21]

Считайте во FlowSimulation.

 

Сделай в базе two resist component. И пользуйся, на здоровье.

 

Именно так. 

 

Если по результатам расчета захотите использовать радиатор, то используйте FS features - Contact Resistance для задания теплового сопротивления между ИМС и радиатором.

 

Граничные условия - свободная конвекция, можно также задать излучение.

 

Пишите, если что не получится, постараюсь помочь, чем смогу.

[kolo666 253]

Считайте во FlowSimulation.

 

Сделай в базе two resist component. И пользуйся, на здоровье.

 

Именно так. 

 

Если по результатам расчета захотите использовать радиатор, то используйте FS features - Contact Resistance для задания теплового сопротивления между ИМС и радиатором.

 

Граничные условия - свободная конвекция, можно также задать излучение.

 

Пишите, если что не получится, постараюсь помочь, чем смогу.

Получается, когда мы создаем модель микросхемы, мы берем ее внешние геометрические размеры, а не размеры кристалла ? Делим пополам для возможности задания теплового сопротивления кристалл-корпус(в нашем случае корпус моделируется нижней пластиночкой, а верхняя кристалл?) и кристалл - печатная плата?

А как задать переход - среда? есть такая возможность?

Изменено 27 октября 2013 пользователем kolo666

[ZodiaC 21]

Получается, когда мы создаем модель микросхемы, мы берем ее внешние геометрические размеры, а не размеры кристалла ? Делим пополам для возможности задания теплового сопротивления кристалл-корпус(в нашем случае корпус моделируется нижней пластиночкой, а верхняя кристалл?) и кристалл - печатная плата? А как задать переход - среда? есть такая возможность?

 

Нижняя часть (красная) - кристалл (источник тепла), верхняя (синяя) - корпус. Такая упрощенная модель используется во FloSimulation.

Когда вы зададите тип корпуса микросхемы (в моем примере задан PBGAFC 29х29мм) программа автоматически присвоит переходные сопротивления кристалл-корпус и кристалл-печатная плата.

 

Есть возможность задать шероховатость поверхности микросхемы (таким образом можно попытаться промоделировать переходное сопротивление корпус-окр.среда)

Думаю, что для первичного расчета вам не следует обращать на это внимание. 

[kolo666 253]

 

Получается, когда мы создаем модель микросхемы, мы берем ее внешние геометрические размеры, а не размеры кристалла ? Делим пополам для возможности задания теплового сопротивления кристалл-корпус(в нашем случае корпус моделируется нижней пластиночкой, а верхняя кристалл?) и кристалл - печатная плата? А как задать переход - среда? есть такая возможность?

 

Нижняя часть (красная) - кристалл (источник тепла), верхняя (синяя) - корпус. Такая упрощенная модель используется во FloSimulation.

Когда вы зададите тип корпуса микросхемы (в моем примере задан PBGAFC 29х29мм) программа автоматически присвоит переходные сопротивления кристалл-корпус и кристалл-печатная плата.

 

Есть возможность задать шероховатость поверхности микросхемы (таким образом можно попытаться промоделировать переходное сопротивление корпус-окр.среда)

Думаю, что для первичного расчета вам не следует обращать на это внимание. 

 

Спасибо большое! Будем пробовать! =) 

Еще вопрос... Могу ли я моделировать во флоу не только плату, а плату в составе ячейки, теплостока к которому она приклеивается клеем, и вся конструкция крепится на ТСП с Т=40 Цельсий ? могу я подвести 40 Цельсий к определенной поверхности во влоу? Или же придется уходить в Simulation и там назначать граничные условия?

Изменено 27 октября 2013 пользователем kolo666

[ZodiaC 21]

Пожалуйста, обращайтесь! 

 

Все перечисленное во Flow сделать можно. Simulation вам не понадобится для этого.

Для задания тепловых характеристик термопасты, термопрокладки, термоклея существует специальная пополняемая библиотека,

также их тепловые сопротивления можно задавать и цифрой в явном виде.

[JK5 0]

Всем доброго времени суток!

Мой вопрос связан с данной темой.

Стоит задача теплового испытания светодиода.

Для этого предполагается его установка на плату FR4 и моделирование в SW Flow Simulation.

Вопрос: можно ли в данном случае обойтись без “Two-resistor component”?

 

 

Прикрепленные изображения

В сообщении ZodiaC на рисунке написано, что можно воспользоваться Surface Source или Volume Source, если не хотим использовать two-resistor.

Значит можно просто приложить мощность на объем, например, и задать тепловое сопротивление между элементами сборки? Если да, то как – через Contact Resistance?

Изменено 20 февраля 2014 пользователем JK5

[MotorManiac 130]

через Contact Resistance?

 

А там же есть эмпирическая зависимость, можно просто слой добавить с такими характеристиками по тепловому сопротивлению, если они известны вам.

[JK5 0]

Спасибо большое за ответ

А там же есть эмпирическая зависимость

 

где имеется? имеется в виду зависимость для перехода от теплового сопротивления к контактному тепловому сопротивлению, что используется в пункте Contact Resistance?

мне известно значение теплового сопротивления припоя светодиода - если правильно понимаю, в моем случае перехода м/у светодиодом и платой (если считать, что они контактируют напрямую)

[MotorManiac 130]

Раз известно - то это просто замечательно, строите модель - чип-припой-плата задаете характеристики материалов, навешиваете внешние условия и все считаете.

[JK5 0]

видимо я не все понимаю, но как указать термическое сопротивление в характеристиках материала?

[JK5 0]

И если пойти другим путем – не создавать дополнительный слой, а задавать сопротивление «напрямую», как лучше или правильнее это делать?

Есть несколько способов:

- Contact Resistance

- Heat Pipe

- Thermal Joints

- Two-resistor

Все эти методы дают возможность так или иначе задать сопротивление, но результаты дают абсолютно разные.

Что Вы порекомендуете использовать?

И можно ли вообще сравнивать эти результаты с теорией?

Теория: Модель эксперимента: сборка из 3х элементов – верхний (Al – алюминиевая подложка светодиода), средний (медь – медное основание платы), нижний – FR4

К этому сопротивления еще добавляем R_j свеотдиода (сопр-е перехода Al - Cu). 

И таким образом можно судить о разнице температуры м/у светодиодом и нижней плоскостью платы FR4 - все ли верно понимаю? 

Изменено 21 февраля 2014 пользователем JK5

[MotorManiac 130]

Не совсем так, потому что у вас моделька написана для многослойной 2д стенки, у вас ведь переход с элемента выделения тепла происходит на более развитую поверхность поэтому неизбежна передача тепла вдоль пластины. Не обязательно материал брать из базы материалов, можно свой сделать с нужными характеристиками. А она у вас одна - тепловое сопротивление, впринципе все остальное не имеет значения, если будете в стационарном режиме считать. По поводу функции Contact Resistance - мое мнение что ее можно не использовать, а моделировать прямо слой к слою, потому что при передачи таких мизерных тепловых потенциалов контактное сопротивление большого вклада не внесет.

[JK5 0]

спасибо за комментарии

Не совсем так, потому что у вас моделька написана для многослойной 2д стенки, у вас ведь переход с элемента выделения тепла происходит на более развитую поверхность поэтому неизбежна передача тепла вдоль пластины.

а если взять все элементы одного размера (совпадают все, в том числе и толщина)? 

Не обязательно материал брать из базы материалов, можно свой сделать с нужными характеристиками. А она у вас одна - тепловое сопротивление, впринципе все остальное не имеет значения, если будете в стационарном режиме считать.

это понятно - меня интересует где его указать в материале? (смотрите 2 картинки выше) не нашел куда можно вписать наши К/Вт, будь то созданный материал или подобрать подходящий материал из уже имеющихся... или этот параметр указывается не в явном виде?

По поводу функции Contact Resistance - мое мнение что ее можно не использовать, а моделировать прямо слой к слою, потому что при передачи таких мизерных тепловых потенциалов контактное сопротивление большого вклада не внесет.

и все же - можно ли каким-то образом задать это самое тепловое сопротивление в явном виде и каким именно способом? может быть из уже перечисленных:

- Contact Resistance - Heat Pipe - Thermal Joints - Two-resistor