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元器件的型材散热器需要通过温度预测来确定


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       元器件温度的预测非常重要,关乎到应该选用什么样的型材散热器来装配,在很多方面都有举足轻重意义。元器件温度关系到可靠性,早期研究认为现场故障率与元器件温度相关。最近,基于物理学的可靠性预测将电子组件的故障率与工作周期(上电、关断、上电...)内的温度变化幅度和温度变化率关联起来,而这两个因素均受稳态工作温度的影响。故障常常归结于焊点疲劳。在某些应用中,例如计算,温度会对 CPU 速度产生不利影响;而在另一些情况下,元器件必须在极为相似的温度下运行,以免产生时序问题。高温会导致闩锁等运行问题。无论是要提高可靠性、改善性能,还是要避免运行中出现问题,精确的元器件温度预测都有助于热设计人员达成目标。最大限度地提高元器件温度预测的确定度。

       借助可靠、精确的元器件温度预测,设计人员可以了解设计值与最大容许1温度的接近程度。本文讨论如何在整个设计流程中实现高保真度元器件温度预测,并提高最终仿真结果的可信度。

1、 为关键元器件明确建模
为了准确预测关键元器件的温度,作为热仿真的一部分,应当为元器件明确建模,这可以说是不言而喻的。然而,并非所有元器件都需要建模,而且这样做常常是不切实际的。对热不是特别敏感的低功率密度的小元器件,可以视为热良性,无需以离散方式表示。这些元器件产生的热量可以作为背景热源应用于整个电路板,或者作为电路板上的封装热源。在设计后期,当从 EDA 系统导入已填充的电路板时,FloTHERM 和 FloTHERM PCB 提供的筛选选项会自动完成这些操作。
较大的元器件可能会阻碍气流,因而需要直接表示为三维对象。属于这种情况的一类元器件是电源等所使用的电解电容。它们对热敏感,最高容许温度也较低。
大型高功率元器件和高功率密度的元器件需要以离散方式建模,因为其热管理和对邻近元器件的影响对产品的整体热设计十分重要。
 
2、使用正确的功率估算值
如上所述,是否有必要表示一个元器件,部分程度上直接取决于其功率密度,即元器件功率除以封装面积。
随着设计的展开并且掌握更多信息后,有必要重新审视应当以离散方式为哪些元器件建模。在设计早期,可能只能使用元器件的最大额定功率来代替其可能功耗的估算值。个别元器件以及整个电路板的功率预算会随着设计的进行而改变,因此需要定期重新检查。
元器件的功率估算值可以通过多种方法获得,例如使用 Mentor Graphics Modelsim 创建基于 RTL 的功率估算。
 
3、 使用正确的封装热模型
“简化 PCB 热设计的 10 项提示”中介绍了元器件热模型。元器件热模型的选择取决于多个因素。
在电路板布线之前或尚不知道电路板中层数的早期设计中,精确预测元器件温度是不可能的,因此不需要元器件的精密热模型。随着设计的深入,当 PCB 模型可以优化时,元器件热模型也应当优化。
选择最合适的元器件热模型是一个迭代过程,因为若元器件的预测温度很高,则说明不仅需要优化元器件的热模型,还可能需要考虑元器件专用热管理解决方案。

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