Качественное терморегулирование является критически важным требованием для электроники, особенно в таких областях как электроснабжение, электрификация и разработка беспроводных технологий 5G.

Принцип терморегулирования прост и заключается в управлении тепловыми потоками для поддержания необходимой температуры.

Радиатор на центральном процессоре (CPU) представляет собой одно из наиболее распространенных решений для терморегулирования путем конвективного и кондуктивного теплообмена. Оно использует обширную площадь поверхности радиатора и теплопроводность материалов для снижения температуры CPU. Кроме того, могут быть задействованы такие активные системы как вентиляторы и жидкостное охлаждение.

Чтобы выбрать оптимальное тепловое решение для электронного оборудования, инженеры начинают либо с прочностного анализа (FEA), например в Ansys Mechanical, либо с вычислительной гидрогазодинамики (CFD) в Ansys Icepak. Они используют эти технологии моделирования для точного прогнозирования температуры соединения и корпуса в сборке печатных плат (PCBA).

Когда наступает перегрев электронных компонентов?

Традиционно инженеры определяют допустимую максимальную температуру компонентов на основе спецификаций и рекомендаций по снижению температуры. Однако есть несколько нюансов:

• Отсутствие оценок затрат и выгод
  • Например, чтобы определить, следует ли охлаждать компонент до температуры 78 °C вместо 86 °
• Неспособность учитывать уникальные особенности изделий с точки зрения их режимов работы
  • Например, все процессоры анализируются одинаково.
• Несбалансированные трудозатраты при анализе
  • Пользователи могут потратить недели на подготовку и отладку математических моделей и минуты на получение интересующего результата.

Новый рабочий процесс Ansys Sherlock и Ansys Icepak направлен на решение этих проблем.

Рабочий процесс учета терморегулирования Ansys Sherlock и Ansys Icepak

Разработанный как пре — и постпроцессор, Ansys Sherlock создает тепловые и механические модели электронного оборудования.

Для того чтобы полностью оценить эффекты повышения температуры детали, результаты вычислений Ansys Icepak (CFD) (слева) используются в качестве входных данных для прочностного анализа (FEA) – через схему проекта (справа).

Сопряжение Sherlock и Icepak позволяет создавать тепловые связи, благодаря чему исключается влияние человеческого фактора при ручном вводе информации.

Sherlock считывает стандартные файлы систем электронного автоматизированного проектирования (ECAD), а затем создает геометрию на уровне деталей со свойствами материала для представления полнофункциональной печатной платы (PCB). Выбор геометрии и материала осуществляется с помощью встроенных библиотек деталей, пакетов и материалов.

Благодаря связи Sherlock с Icepak, нет необходимости повторно создавать и отлаживать расчетную модель в Icepak. Пользователям Icepak нужно только настроить источники тепла и граничные условия, включая предопределенные математические модели теплового поведения радиаторов и корпусов. Затем Icepak решает задачу определения рабочих температур изделия с помощью своего решателя.

Печатные платы могут быть импортированы как:

• Пластины с сосредоточенной теплопроводностью, в зависимости от толщины меди и процентных соотношений;
• Отдельные слои с сосредоточенными теплопроводностями;
• Отдельные цепи и элементы.

Различные электронные части, с сосредоточенными теплопроводностями, также могут быть экспортированы в Ansys. Даже детали без предоставленных поставщиком тепловых моделей, например, алюминиевые электролитические конденсаторы, могут быть экспортированы и использованы для моделирования.

Затем Sherlock может импортировать полученные результаты тепловых нагрузок из Icepak и использовать их для анализа надежности. Эти результаты позволяют производителям электроники не только выявить оптимальный рабочий режим изделия и средства, с помощью которых его можно обеспечить, но и подсчитать экономическую целесообразность того или иного решения с точки зрения продолжительности жизненного цикла изделия.

На нашем сайте в разделе Онлайн Курсы (https://elearning.digitaltwin.ru/service-on-demand/online-module/) в категории «Электромагнетизм» вы можете заказать курсы, посвященные анализу теплового состояния в комплексе Ansys Icepak. Если вас интересует комплексное моделирование для оценки работоспособности и долговечности электроники и их компонентов, вы можете оставить заявку на Мастер-класс через форму обратной связи –https://elearning.digitaltwin.ru/online-typical/.

Оригинал статьи: https://www.ansys.com/blog/thermal-management-systems.