熱仿真分析在電子產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

隨著科技的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品的智能化、小型化、便捷化，讓電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造要求越來(lái)越高。

電子產(chǎn)品的散熱、發(fā)熱問題也尤其突出，工程師們通過不同的方法和試驗(yàn)測(cè)試來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證。傳統(tǒng)熱設(shè)計(jì)方法中設(shè)計(jì)師依靠以往經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)樣機(jī)，通過樣機(jī)的各種試驗(yàn)和測(cè)試發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題和缺陷，然后進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，往往需多次反復(fù)才能基本定型，已難以滿足現(xiàn)代電子設(shè)備周期短、難度高的研制要求。

而現(xiàn)在，很多企業(yè)將熱仿真分析作為電子設(shè)備設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于提高設(shè)備性能、確保設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性有著巨大幫助。

熱仿真我們可以把它看作為是一種虛擬的實(shí)驗(yàn)，它可以在不做出實(shí)際產(chǎn)品的前提下，通過輸入一系列的信息數(shù)據(jù)，來(lái)計(jì)算在不同運(yùn)行場(chǎng)景下產(chǎn)品的散熱風(fēng)險(xiǎn)。因此，熱仿真能夠提前預(yù)判產(chǎn)品的散熱方案是否合理，從而節(jié)約研發(fā)時(shí)間和打樣成本。

熱仿真能夠?qū)崿F(xiàn)的基本功能如下：

1) 可計(jì)算產(chǎn)品在不同環(huán)境下（溫度、濕度、海拔、陽(yáng)光直射等）的溫度表現(xiàn)；

2) 可顯示產(chǎn)品內(nèi)部及周圍熱流路徑，便于分析散熱控制環(huán)節(jié)；

3) 可顯示冷卻介質(zhì)流動(dòng)速度分布、流動(dòng)路徑、壓強(qiáng)分布、風(fēng)扇和泵的工作點(diǎn)等流動(dòng)相關(guān)的信息，便于分析理解散熱狀態(tài)和優(yōu)化方向；

4) 可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化計(jì)算，在設(shè)計(jì)中的多變量耦合關(guān)系中自動(dòng)獲取最優(yōu)設(shè)計(jì)區(qū)間。

熱仿真分析的流程

1、建立數(shù)學(xué)模型

首先，我們需要建立一個(gè)描述產(chǎn)品熱性能的數(shù)學(xué)模型。這個(gè)模型通?；趥鳠釋W(xué)的基本原理，包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射等。根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)和需求，選擇合適的傳熱模型進(jìn)行建模。對(duì)于電子設(shè)備，我們通常使用傳導(dǎo)模型來(lái)描述芯片和散熱器之間的熱傳遞。

2、定義邊界條件

在建立數(shù)學(xué)模型之后，我們需要定義模型的邊界條件。這些條件包括輸入的熱量、環(huán)境溫度、散熱器的尺寸和材料等。這些條件需要根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，并盡可能準(zhǔn)確。

3、求解數(shù)學(xué)模型

在定義了邊界條件之后，我們需要求解數(shù)學(xué)模型。這通常需要使用數(shù)值計(jì)算方法，例如有限元法或有限差分法等。通過求解數(shù)學(xué)模型，我們可以得到產(chǎn)品在不同條件下的溫度分布和熱流量等熱性能參數(shù)。

4、結(jié)果分析和優(yōu)化

在得到求解結(jié)果之后，我們需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。這包括檢查溫度分布是否均勻，是否存在過熱點(diǎn)或過冷點(diǎn)等。如果存在過熱點(diǎn)或過冷點(diǎn)，我們需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，例如改變散熱器的尺寸或材料，增加散熱孔等。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案后，我們?cè)俅芜M(jìn)行熱仿真分析，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。

熱仿真分析的應(yīng)用
1. 電子芯片設(shè)計(jì)
電子芯片是電子設(shè)備中的核心部件，其性能直接決定了設(shè)備的整體性能。在電子芯片設(shè)計(jì)中，熱仿真分析可以幫助設(shè)計(jì)者預(yù)測(cè)芯片在不同條件下的溫度分布和熱傳遞效率，從而優(yōu)化芯片的布局和材料選擇，提高芯片的性能和穩(wěn)定性。
2. 電子設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化
電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)于設(shè)備的性能和使用壽命具有重要影響。熱仿真分析可以幫助設(shè)計(jì)者預(yù)測(cè)設(shè)備在不同條件下的溫度分布和熱變形情況，從而優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

3. 系統(tǒng)級(jí)散熱設(shè)計(jì)
在電子設(shè)備中，系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)對(duì)于設(shè)備的性能和使用壽命具有重要影響。熱仿真分析可以幫助設(shè)計(jì)者預(yù)測(cè)系統(tǒng)在不同條件下的溫度分布和熱傳遞情況，從而優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)，提高設(shè)備的整體性能和使用壽命。

熱仿真分析不僅在電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)中將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，還在PCB板、車載電子、新能源電池、人工智能、電源等行業(yè)被廣泛應(yīng)用。我們?cè)跻灿行覅⑴c其中，用CAE仿真技術(shù)助力更多的企業(yè)降低研發(fā)成本還節(jié)省研發(fā)時(shí)間，創(chuàng)新贏得更大的市場(chǎng)。