元器件的型材散熱器需要通過溫度預(yù)測來確定

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元器件溫度的預(yù)測非常重要，關(guān)乎到應(yīng)該選用什么樣的型材散熱器來裝配，在很多方面都有舉足輕重意義。元器件溫度關(guān)系到可靠性，早期研究認(rèn)為現(xiàn)場故障率與元器件溫度相關(guān)。最近，基于物理學(xué)的可靠性預(yù)測將電子組件的故障率與工作周期（上電、關(guān)斷、上電...）內(nèi)的溫度變化幅度和溫度變化率關(guān)聯(lián)起來，而這兩個因素均受穩(wěn)態(tài)工作溫度的影響。故障常常歸結(jié)于焊點(diǎn)疲勞。在某些應(yīng)用中，例如計(jì)算，溫度會對 CPU 速度產(chǎn)生不利影響；而在另一些情況下，元器件必須在極為相似的溫度下運(yùn)行，以免產(chǎn)生時序問題。高溫會導(dǎo)致閂鎖等運(yùn)行問題。無論是要提高可靠性、改善性能，還是要避免運(yùn)行中出現(xiàn)問題，精確的元器件溫度預(yù)測都有助于熱設(shè)計(jì)人員達(dá)成目標(biāo)。最大限度地提高元器件溫度預(yù)測的確定度。

借助可靠、精確的元器件溫度預(yù)測，設(shè)計(jì)人員可以了解設(shè)計(jì)值與最大容許1溫度的接近程度。本文討論如何在整個設(shè)計(jì)流程中實(shí)現(xiàn)高保真度元器件溫度預(yù)測，并提高最終仿真結(jié)果的可信度。

1、為關(guān)鍵元器件明確建模

為了準(zhǔn)確預(yù)測關(guān)鍵元器件的溫度，作為熱仿真的一部分，應(yīng)當(dāng)為元器件明確建模，這可以說是不言而喻的。然而，并非所有元器件都需要建模，而且這樣做常常是不切實(shí)際的。對熱不是特別敏感的低功率密度的小元器件，可以視為熱良性，無需以離散方式表示。這些元器件產(chǎn)生的熱量可以作為背景熱源應(yīng)用于整個電路板，或者作為電路板上的封裝熱源。在設(shè)計(jì)后期，當(dāng)從 EDA 系統(tǒng)導(dǎo)入已填充的電路板時，F(xiàn)loTHERM 和 FloTHERM PCB 提供的篩選選項(xiàng)會自動完成這些操作。

較大的元器件可能會阻礙氣流，因而需要直接表示為三維對象。屬于這種情況的一類元器件是電源等所使用的電解電容。它們對熱敏感，最高容許溫度也較低。

大型高功率元器件和高功率密度的元器件需要以離散方式建模，因?yàn)榕_車爐其熱管理和對鄰近元器件的影響對產(chǎn)品的整體熱設(shè)計(jì)十分重要。

2、使用正確的功率估算值

如上所述，是否有必要表示一個元器件，部分程度上直接取決于其功率密度，即元器件功率除以封裝面積。

隨著設(shè)計(jì)的展開并且掌握更多信息后，有必要重新審視應(yīng)當(dāng)以離散方式為哪些元器件建模。在設(shè)計(jì)早期，可能只能使用元器件的最大額定功率來代替其可能功耗的估算值。個別元器件以及整個電路板的功率預(yù)算會隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)行而改變，因此需要定期重新檢查。

元器件的功率估算值可以通過多種方法獲得，例如使用 Mentor Graphics Modelsim 創(chuàng)建基于 RTL 的功率估算。

3、使用正確的封裝熱模型

“簡化 PCB 熱設(shè)計(jì)的 10 項(xiàng)提示”中介紹了元器件熱模型。元器件熱模型的選擇取決于多個因素。

在電路板布線之前或尚不知道電路板中層數(shù)的早期設(shè)計(jì)中，精確預(yù)測元器件溫度是不可能的，因此不需要元器件的精密熱模型。隨著設(shè)計(jì)的深入，當(dāng) PCB 模型可以優(yōu)化時，元器件熱模型也應(yīng)當(dāng)優(yōu)化。

選擇最合適的元器件熱模型是一個迭代過程，因?yàn)槿粼骷念A(yù)測溫度很高，則說明不僅需要優(yōu)化元器件的熱模型，還可能需要考慮元器件專用熱管理解決方案。

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