技术分享 | EDA和CAD合并建立电子模块热仿真模型

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对于所有的电子产品，均包含电路板及其他热控结构，比如散热器、机箱外壳等等；如果需要对电路板进行详细的模拟计算，考虑布线过孔对整体导热的影响，则务必将EDA接口和CAD接口联合起来建立最终的热仿真模型。

如图1所示，某异形结构智能手表，其内部异形电路板通过EDA接口导入布线过孔，而外壳与内部的其他器件、热控产品均使用CAD接口（ANSYS DM或者ANSYS SCDM）来建立，最终将2部分导入的模型进行合并，形成最终的热模型。

图1  某智能手表热模型结构

以下为某电子模块热仿真建立的步骤及注意事项：

首先通过CAD接口（DM或SCDM）修复三维CAD结构图；注意通常而言，热仿真的修复主要是将螺丝、螺母、安装孔、小尺寸倒角、小尺寸间隙等不影响热流计算的特征删除。

图2  修复CAD几何模型

图3 CAD模型导入Icepak

注意：

CAD模型中如果包含了电路板的几何形状，那么后续有助于将EDA接口导入的热模型与CAD模型进行合并、对齐、定位。

通过Icepak的File—Import IDF file，可以将ECAD软件输出的IDF模型及板子上的器件都导入Icepak；将导入的EDA模型全部建立成一个装配体。

图4 EDA模型导入Icepak

注意：

第一：导入过程中，需要注意电路板的形状；如果是多边形，务必选择Polygon；

图5  选择正确的电路板形状

第二：在导入的过程中，如果IDF文件包含了重点器件的热耗、热阻信息，如图5所示，那么Icepak可以自动将RJC、RJB、Power热耗导入；后续将不需要再对器件输入材料、热阻、热耗等属性信息；

图6  IDF文件结构

第三：如果IDF文件中没有预定义的器件属性信息，则可以图预先编辑好热耗热阻的Txt文本信息，在导入界面直接勾选Load data from file，浏览选择预定义的Txt文件，Icepak既可将Txt定义的器件属性信息导入（注意器件的名字必须与IDF中定义的相同，且区分大小写）；

图7   加载热耗热阻文件

第四：对于器件信息的输入，也可以通过勾选Specify values for individual component types，然后选择某类器件，在右侧的Model using中选择器件的类型（双热阻Rjc-Rjb、2d面热源、3d block三维实体、Libraries库【直接从Icepak的器件库中选择某器件来替代】），然后在Power中输入器件的热耗即可。

图8  对器件输入正确的热参数

在CAD导入的热模型基础上，点击File—Merge Project，可以将EDA导入的热模型进行合并；由于CAD软件和EDA软件的坐标系、坐标原点不一定一致，因此需要以CAD导入热模型中的电路板为基准，使用移动（旋转）、面（线、点）对齐工具，将EDA导入热模型中的电路板及其上下的器件进行对齐、定位；然后删除CAD导入建立的电路板模型。

图9  定位对齐电路板热模型双击打开电路板模型，点击Import 

ECAD file，选择ODB++ Design，可以将电路板的布线过孔文件完整导入；注意，如果布线文件中包含了准确的铜层、FR4厚度信息，那么Icepak会自动导入在Board layer and vias information面板中；如果显示的铜层和FR4（绝缘层）厚度尺寸不对，那么需要手动进行修改；点击Vias面板可以查看过孔的信息；对于布线和过孔，均可以点击Inactive进行抑制；保持By count中Rows、Columns为200。

图10  对电路板模型导入布线过孔信息

对一些器件输入热阻、热耗信息；建立用户自定义新材料，并赋予各自对应的器件。

图11   输入器件的热耗信息

图12 建立用户自定于材料库物理模型、边界条件的输入

图13  选择物理模型、建立热流边界划分合理的网格、求解计算及后处理显示

图14  选择物理模型、建立热流边界

图15  求解计算

图16  后处理显示