为结构设计师提供的实时热仿真工具- MSC PICLS(1)

CAE大拿

什么是PICLS？

基板专用热解析工具PICLS，是能够进行基板的热解析的软件，能够实时热分析。例如，如图11.1布置零件，单击①[Result]。

图11.1 零部件布置

即可立即获得图11.2所示的温度分布。

图11.2 温度分布

部件的放大和缩小和平行的移动可通过鼠标拖拉而进行的。在温度分布的显示画面变更零件的大小和布局的话，瞬间计算新的位置的温度分布，并实时更新。这样，PICS可以通过交互方式获得基板上的温度分布，能够顺利进行各种布局方案的对比。

我们来使用PICLS吧  

安装PICLS后，从开始菜单启动PICS的话，显示图11.3的画面。

图11.3

单击工具栏左端的①[Size and construction]，显示图11.4所示的对话框。在这里，设置基板的尺寸和层数。在设定后单击OK的话，可以使用工具栏的所有的按钮（在PICS Lite中，不能使用[Enclosure]，[ heat sink ]等一部分的功能）。关于操作方法，点击工具栏的右端的“手册”，可以显示HTML格式的手册。

图11.4

试着进行简单的解析吧  

那么就试着简单的分析一下吧。①在[尺寸和构成]上进行基板的设定之后，单击②[零件]。对话框弹出，请输入[外形尺寸]和[发热量]，点击创建后点击关闭。可任意输入每一个设置项。            

默认在基板的左下角布置零件，然后可用鼠标将零件拖动到任何位置。然后，单击工具栏的③[结果]，会显示出基板的温度。

图11.5　基板温度分布

如果零件的温度超过了容许温度的话，有警报功能，可显示烟（在画面左下的[详细2 ]标签中也可以控制不显示）。这样，使用PICS就能简单地预测零部件温度。

图11.6　警报功能

发热量和零件温度的关系  

一般在基板上安装了数十至数百个电子零件，因此为了得到零部件的发热量，需要很大的精力。因此，一般集中在消耗功率大的零件和耐热性低的零件上，并只求这些零部件的发热量。            

然而，这个过程中潜藏着巨大的陷阱。这里作为例子，进行3个零件的温度预测。零件1的发热量为0.1W，零件2为0.2 W，零件3被估计为0.3W。那么温度最高的零件是1 ~ 3中的哪一个呢？            

那么，用PICS来看看结果吧。单击[尺寸和构成]并创建底板后单击②[零件]。点击“输入”发热量并创建部件。用鼠标拖拽对零件的位置进行适当的移动后，点击[结果]的话，会显示出如图12.1所示的温度。部件温度为3（左上），部件2（中央下），部件1（右上）。

图12.1　零部件大小相同时的温度分布

零部件大小不同情况  

上面的结果跟预想结果相同。那么，零件1的尺寸为3mm，零件3的尺寸变更为20mm。大小可以双击一个零件或3个零件，[ X ]，[ Y ]的每一个输入[ 3 ]或[ 20 ]的话，可以改变相应的尺寸。

在这个状态下进行计算的话，零件温度是图12.2所示的零件1＞部件2＞部件3。和刚才不同，发热量小的零件温度越高。

图12.2　零部件大小不同时的温度分布

为什么会变成这样的结果呢？其原因在于单位体积的发热量，即发热密度。即使发热量少，零件小的话，发热密度会变高，温度上升也会变大。在图12.2的例子中，部件1的温度最高是由于发热密度最高。            

伴随着电子产品的小型化，热设计变得更加困难，而实际上往往发热密度很高的零部件，在热设计方面意外的会成为盲点。作为这个原因，在热回路分析中没有电子零部件的大小这一概念，只通过发热量的大小进行判断。并且，如果判断没问题，一直到试制并实际测量为止，都有可能没发现这个问题。因此，在初期设计阶段，不能只通过发热量来判断，而是在初期设计阶段就要对零部件的大小进行判断并考虑热问题。MSC PICLS在初期设计阶段就能够提供简单热设计工具，即使没有热设计经验，也能够快速进行分析，并判断。