PCB板级电路中高效散热结构的优化设计

印制电路板(PCB)厚度方向的导热系数比平面方向的导热系数小得多,为了改善板厚度方向的导热性能,提出了一种改进的自然对流冷却散热方式。首先,通过在PCB板中设计热过孔并在其背面安装散热器,应用热分析软件Icepak对散热模型进行仿真,优化设计散热器翅片的厚度和数目对功率器件温度分布的影响;然后,根据优化后的结果,选定最佳修正尺寸,制作测试结构;最后,采用热电偶法对其进行实验测试,结果表明此散热结构可有效降低器件的温度。     

某型基站大功率模块散热优化设计

在通信系统设计中可靠性设计是一个重要的设计环节,而设备的散热效果尤其是大功率设备的散热设计好坏对设备的可靠性有着至关重要的影响。根据实际设计工作中遇到的问题,利用热设计专业软件6SigmaET对某型基站大功率发热模块进行了散热数值模拟仿真,根据仿真结果对散热器进行优化设计,结果表明优化散热器结构参数可以在降低散热器重量的同时改善模块的散热状况。     

功率器件热设计及散热器的优化设计

功率器件是电子设备中的关键器件,发热量大,其热设计的好坏直接影响系统的可靠性.本文从使用角度介绍了功率器件的热设计及散热器的优化设计方法,开发了相应的设计软件,并结合实例进行分析,验证了研究方法的有效性.     

基于APDL的PCB元件布局优化

随着电子设备集成度的不断提高和功耗的不断加大,电子元器件的发热密度也越来越高,相应地电子产品的过热问题也变得越来越重要.应用热仿真技术,可以在电路板的设计阶段获得其温度分布及最高温度值,通过优化设计,可以降低最高温度值,进而提高电路板模块的热可靠性.针对某主板电路板,利用ANSYS软件提供的APDL语言建立三维有限元热分析简化模型,通过优化板上电子元件的布局,有效地降低了板上最高温度,提高了系统的可靠性.     

不同环境中翅片散热器性能的仿真研究

通过理论分析和仿真计算相结合的方法,以VD-MOS高热流器件的散热器为冷却对象,分别在大气环境和真空环境中建立了翅片散热器的数学物理模型,应用FLUENT公司的Icepak电子热设计分析软件对不同参数下的翅片散热器在两种环境中的性能进行了数值模拟,分别得到了翅片高度、翅片间距、翅片个数以及散热器的安装方位等多个参数对散热器散热性能的影响规律,并通过对比分析得到了真空和大气环境中的不同影响规律和最优结构参数.     

多层印制电路板热设计方法研究

电子器件高度集成化导致电路板级散热问题愈发严重,按以往粗放型设计方式无法满足需求。对多层印制电路板(PCB)进行热设计方法的研究,能准确剖析PCB热源演化机制,有助于快速控制其板级温度,提高电路板运行安全性能。通过对某产品波控单机的CPU功能电路板插件进行热设计及仿真分析,结果表明所提方法能够有效降低印制电路板级温度,具有较好的实用性。     

大功率电子器件散热系统的数值模拟

针对大功率器件的散热状况,采用强迫水冷的散热系统设计方案,并依据国家有关标准与试验要求,应用有限元分析软件ANSYS对其水冷散热器的流场、温度场进行了数值模拟和系统分析.模拟结果不仅可以方便地观察到散热器内腔各处水流的饱和程度、流速及压力分布,而且可以得到功率器件、散热器和流体的温度分布;同时也验证了数值模拟方法的合理性,对散热器结构的优化设计提供了可靠的保证.     

基于ANSYS的CPU散热器不同角度鳍片散热分析

由于计算机的体积不断缩小,CPU散热器的散热效果对CPU工作性能的影响越加明显,在智能计算机的有限空间散热问题值得深入讨论和研究.本文利用ANSYS软件建立了CPU散热器的三维有限元模型,对其进行热学性能分析.通过改变散热器鳍片角度得到了散热器的温度分布云图和热梯度分布云图,然后对离散数据进行线性拟合,分析了不同角度的散热器鳍片分别与最大温降、热流量、最大长度值之间的函数关系.研究表明,不同角度的鳍片对散热器的散热效果产生一定的影响,为散热器的优化设计提供了重要依据.     

发射组件强迫风冷系统的热设计

论述了发射组件强迫风冷系统的热设计方法,介绍了强迫风冷体积流量的理论估算。用ICEPAK CFD热分析软件进行热仿真,包括建模、加载边界条件、检查结果等。在仿真时根据最高温度、风扇的工作点、出风口和入风口的温度差,对翅片的厚度、齿间距进行优化,模块产生的热量通过流过散热器翅片间的强迫流动的空气散发出去,最终满足发射组件热设计的要求。元器件工作在允许的温度范围内,确保发射模块正常工作。测试数据与仿真数据基本符合表明热仿真的正确性。     

LED筒灯散热器正交试验优化设计研究

为了达到降低大功率LED筒灯制造成本同时又保证散热能力的目的,采用正交试验法优化设计了散热器。分析了散热器基板直径、基板厚度、翅片厚度、翅片间距、翅片高度和翅片轮廓直径等6个因素对散热器重量与LED温度的影响。然后利用CFD热仿真软件对LED筒灯散热器进行建模与散热仿真,最终得出了一个较为理想的优化结果。仿真与实验测试数据结果表明,采用优化后散热器的LED温度较优化前略有下降,但散热器重量降幅超过30%,实现了较好的优化目标。     

低压湿热环境TPM刀片式板卡插箱的热设计与分析

为了深入解决TPM刀片式板卡插箱在低压和高湿热环境下的散热问题,采用器件级底层高效导热结合外层扩散热沉/风冷的半封闭式设计方式,规避了恶劣环境对发热器件的腐蚀干涉,器件法兰预埋钼铜载体有效降低了热点幅度,同时利用工程热分析软件进行多次热仿真及迭代计算,验证了该插箱热设计的有效性,为上游结构设计提供有力的技术支撑,并给类同散热问题借鉴参考.     

多芯片组件散热的三维有限元分析

基于有限元法的数值模拟技术是多芯片组件(Multichip Module)热设计的重要工具。采用有限元软件ANSYS建立了一种用于某种特殊场合的MCM的三维热模型,对空气自然对流情况下,MCM模型的温度分布和散热状况进行了模拟计算。并定量分析了空气强迫对流和热沉两种热增强手段对MCM模型温度分布和散热状况的影响。研究结果为MCM的热设计提供了重要的理论依据。     

密闭式红外传感器的结构热设计研究

通过对密闭式红外传感器在高温环境下工作时的稳态热设计计算,进行产品的结构分析,并对该产品的结构热设计进行研究。利用Icepak热仿真软件对产品散热翅片的结构和风扇的选择与位置进行优化。最后根据仿真结果进行辅助结构热设计,进而达到节约设计成本,提高产品研发效率和产品可靠性的效果。     

大功率集成封装白光LED模组的散热研究

采用有限元分析软件ANSYS,分别对基于均温基板和金属芯印刷电路板结合太阳花散热器的100 W的大功率集成封装白光LED进行了热分析。结果发现:(1)相比金属芯印刷电路板,均温基板提高了LED芯片的均温性,可使每个LED芯片的温度分布一致,且每个芯片的最高温度比最低温度仅高1.1℃,避免了局部热点,从而提高了大功率集成封装白光LED的可靠性,保证了它的寿命。(2)太阳花散热器非常适合大功率集成封装白光LED模组的散热。因此对于大功率集成封装白光LED模组而言,均温基板结合太阳花散热器是一种有效的散热方式。     

CPU空气强迫对流冷却系统设计

根据空气强迫对流冷却系统一体化设计理念,对9238CPU风扇进行空气动力设计,由Fortran程序输出三维空间曲线文件,导入Pro/E实现实体造型.通过标准风洞对CNC铣床雕刻出的样品进行风扇性能测试.根据风扇数值模拟结果(风扇出口流场特性)设计系列放射状散热器.采用分块六面体网格技术,应用多参考旋转坐标系模型和RNG k-ε模型对风扇和曲线型散热器进行整体数值模拟,模拟结果表明曲线型散热器相对传统垂直型散热器热阻值降低15.9％,最后通过实验证明数值模拟的可信性.一体化设计思想指导下的系列散热器能达到高性能散热效果.     

Thermal design and experimental validation for optical transmitters

This paper describes a thermal design methodology for a 2.5 Gbps optical transmitter that mainly comprises a laser array of 12 VCSELs and a laser driver module. An integrated heat sink design was performed and optimized through modeling and simulation. Temperature regulation of the laser array has been performed through design and optimization of the thermal path (cavity and heat spreader) and separations (wire bonding lengths). Detailed module simulation was performed after the heat sink design and the temperature regulations. To validate the simulation results, a test vehicle of 2.5 Gbps transmitter was built up and tested under various thermal conditions. The airflow rate and ambient temperature were controlled by a wind tunnel. It has shown that the experimental and detailed module simulation results are comparable. A cooling solution with natural convection has been achieved so that the case temperature can be kept under 70 °C without using a fan. The modeling and simulation were done by using a computational fluid dynamics (CFD) program.     

Thermo-fluid simulation for the thermal design of the IGBT module in the power conversion system

The junction temperature of the insulated-gate bipolar transistor (IGBT) module, which belongs to power semiconductor devices, directly impacts on the system performance of the power conversion system (PCS), and therefore, the accurate prediction of the airflow rate passing the heat sink block of the IGBT module is very important at the thermal design stage. In this paper, the thermo-fluid simulation was developed with the T–Q characteristic curve to predict the junction temperature of the IGBT module and the airflow rate of the heat sink block. The porous media model was adopted in the heat sink block with fins and the filled air between fins of the heat sink block in the PCS to remove the heavily concentrated mesh problems in the heat sink block. The proposed simulation model was compared to the experimental value for the hot spot temperature on the heat sink block and the differences were within the average 4.0% margin of error in the comparison. This simulation model can be used to evaluate the suitability of the cooling design according to various operating conditions of the fan and IGBT module with benefits of the reduction in the mesh generation and the computation time. Also, this simulation model increases the flexibility of predicting the airflow rates in the PCS due to the change of the airflow passage structure in the PCS or the capacity of the fan.     

大功率发射机中的热管应用

介绍了一款大功率发射机的散热设计,由于存在局部热点,采用热管散热装置。设计全程使用了专业电子设备热仿真ICEPAK软件,进行计算机辅助设计,提高了设计效率。设计时根据发热量,计算给出了风机的选择方法。仿真发现即便选用高效率插片成型散热器仍不能消除局部热点,为此在关键热源底部预埋热管,进行温度均匀,这一措施能有效解决这一难题。经过设计验证,取得了很好的效果。     

Validation methodology to analyze the temperature-dependent heat path of a 4-chip LED module using a finite volume simulation

Thermal management in the solid-state lighting sector has become a main issue, due to reliability and efficiency issues. Herein, thermal structure function analysis provides a powerful tool to understand the heat transfer inside operated light emitting diode (LED) modules. In this paper a combined approach of simulation and experiment, as a heat path analysis of a LED module based on four flip chip LEDs, is presented. A validated simulation was used to visualize on the one hand the heat path as isothermals and on the other hand to show an alternative approach of the electrical transient correction. In addition to that, the structure function analysis also included the consideration of influence parameters in terms of different operating conditions (e.g. heat sink temperature, heating current, the use of different thermal interface materials between the device and the heatsink). This was investigated by the statistical Design of Experiments (DOE) approach. The DOE dissected the effect of each input variation to different features of the structure functions. An experimental setup showed, that the temperature of the heat sink caused the dominating effect on the thermal properties of the device. Finally numerical simulation confirmed that these effects came from the temperature dependencies of the thermal conductivities.