为结构设计师提供的实时热仿真工具- MSC PICLS(6)

CAE大拿

【PICLS】零件温度与电气布线的关系

     

此次基于电路板实时热仿真工具PICLS观察零部件温度和电气布线的关系。            

电气布线的有无的影响

功率设备可能会因使用情况而损失很大，如果没有进行合适的热设计就无法满足最大限度要求。不同外壳包装的形式影响温度，但对于这样的问题一般采用散热器散热，或者散热用的铜板散热。在这里，研究基于电气布线不同，对温度的影响。            

假设零件为二极管，发热量为0.371 W，零件尺寸为7.6 mm×4 mm×2.8 mm。

那么，启动PICLS试着计算吧。首先，从①[尺寸和构成]开始制作基板（大小和层数以合适的值即可）。接着，单击②[部品]。对话框中输入二极管外形大小和发热量，并将它们放置在基板的任意位置。在此状态下，单击③结果，如图17.1所示显示温度分布。

                                             

图17.1　无电气布线的温度分布

接下来追加散热板。再次点击①[结果]返回编辑画面。画面右上方的工作层②L1。接着③[布线]单击鼠标在二极管下方配置矩形的布线（大小合适也没关系）。            

④双击配线，会显示布线（变更）对话框，在[外形尺寸]的[X]中输入[20][mm], [Y] [10][mm]并单击应用。然后，将鼠标拖放到图17.2 (a)的位置。在这个状态下⑤[结果]单击的话，零件温度如图17.2 (b)所示，由于布线的追加，能够确定零件温度会下降。

(a)　有电气布线布置

(b)　有电气布线时的温度分布

图17.2　有电气布线工况

布线面积的影响   

试着改变这个布线的大小吧。①双击布线，在[外形尺寸]的[X]中输入[20][mm]、[Y] [20][mm]并单击适用。然后，再次点击②[结果]。结果如图17.3所示，可以确认零件温度比图17.2(b)下降。

图17.3布线面积对温度分布的影响

那么，随着布线面积的增加，零件的温度会持续下降吗？根据上述要领，对布线的面积进行多次计算，将零件温度与布线的面积的关系总结在图17.4中所示。通过掌握这种关系，可以知道对于目标温度需要多少布线面积。

电气布线面积[mm2]

図17.4　部品温度与电气布线面积关系

从这个图上可以看出，随着电气布线的面积加大，零件温度虽然下降，但是面积到达一定程度之后，效果就不明显。但是，零件温度与布线的面积的关系并不总是固定，而是根据基板的厚度、层数、零件的发热量和大小等不同。为此，请注意要配合零件的实装环境进行验证。           

上次通过手计算求得Junction温度（Junction温度），表面安装部品中热阻通常布置在Junction-导线之间，为了计算接合部温度（Junction温度）需要已知导线温度。然而，到上述所示的是包含了导线的零件温度，因为电气布线的有无和铜箔厚度很大地不同，事前假定导线温度的并不容易。在这种情况下，使用PICLS进行包含零件及其周围的基板的温度预测是非常有效的。