【《电路板元件布局对冷却的影响分析案例》1600字】

电路板元件布局对冷却的影响分析案例1.1不同布局对换热的影响合理的元件配置对提升散热能力尤为重要，尤其是对于垂直放置的PCB。图22是两种不同的排列方式，在不同情况下，我们选择不同的方式。图22（b）是垂直排列，在空气自然对流冷却情况下使用。反之，图22（a),在强制对流冷却情况下采用。而图23是一种能够增强冷却散热能力的方法，在元件中穿插湍流排，冷却风流过时，靠近元件的部分产生涡流，增强换热能力，从而提高电路板的冷却能力。图22：元器件配置图23：使用湍流排的电路板图24：不同配置的电路板除此之外，在配置电路板时，还应该注意散热部件的位置，不同的零件功率不尽相同，有大功率的变压器、电阻等，也有产生热量较少的部件，如电容器等。图24就展示了两种不同配置的电路板，在图24(b)中，由于热空气的上升，将下部大功率器件产生的热量带到上部，使上部元件受到影响，尤其是电容器，很容易发生故障或失效。因此应该在上风处安装低热量部件，在下风处安装高热量部件[9]。图25耗功不同的元件排列同时，除了注意上述问题外，还应该注意散热的均匀性。假定SSI功率为0.3W，LSI为1.5W。如果按图25(a)来配置。温升为18-50℃。此时，如果温度上升50℃，LSI失效率会变得更高。如果按照图25(b)来配置，温度升为23-40℃。低了10℃，这就是均匀散热。因此，应该在下风处安装更需要充分散热的元器件，使整个电路板失效率下降。图26：元器件配置最后，因为设备中的散热依靠气流，所以需要考虑气体流动来合理安装零件。当电路板某些区域留有大空间时，空气会流向这些小阻力区域，从而降低零件集中区域的散热能力，因此我们可以在这些区域安排一些不用的器件，从而提高冷却效果，如图26（a）和图26(b)所示。同样的，图26(c)中旁边两排基本不透气，散热效果大打折扣，而修改成图26(d)的样式，就可使空气流动均匀，提高了整体的散热效果。[5]综上所述，为了提高电路板的冷却能力，我们要考虑各种各样的问题，包括元件排列，元件安装位置等等。根据垂直情况下元件排列不同创建了以下五个模型，如图27所示。表13和表14为原始尺寸和替他参数。表13原始尺寸如下：IC板硅片空气大小长(mm)1602015160宽(mm)22210表14模型的参数名称表达式描述q_source(2/3)*1.5[W]/(20*20*2)[mm3]1.25E6W/m3在每个单位上的发热功率T0300[K]300.00K空气温度Patm1[atm]1.0133E5Pa冷却介质压力图27：不同大小的硅片的排列使用comsol模拟分析较大硅片在不同排列顺序下散热下速度场和温度场结果：图28：，comsol所模拟出来的图形（按照不同的排列）分析上述各图，纵向来看冷却风在入口处的温度还比较低，所以此时冷却效果很强。而往上走，空气携带了下部元件的散热量，温度要升高不少，因此换热效果要差很多。横向来看，元件底部空气流通不畅，因此换热效果差，热量不能被带走，温度较高，而元件顶部空间狭小，空气流通速度快，因此换热效果强，温度较低。而对于大功率元件的安排，从图中可以看出，在垂直方向上，大功率元件安装越低，整个电路板的冷却效果越差。因为当大功率元件散热后，空气会带着大量热去冷却上面的元件，空气温度高，冷却效果差。综上所述，为了减少大功率元件对其他元件散热的影响，应该把其安装到垂直电路板上方。1.2冷却效果的数据验证同时使用matlab进行计算验证结果，见表15和表16（大硅片排列安装从上至下依次为顺序1-5)。表15计算出按照硅片大小不同排列速度场的评价指标：速度场顺序1顺序2顺序3顺序4顺序5平均值0.16030.16070.16140.16170.1623方差0.13840.13920.13960.14040.1408平滑度0.01880.01900.01910.01930.0196三阶矩0.00110.00110.00110.00110.0011一致性0.00940.00940.00940.00940.0094熵1.0225e+031.0214e+031.0285e+031.0304e+031.0314e+03表16计算出按照硅片大小不同排列温度场的评价指标：温度场顺序1顺序2顺序3顺序4顺序5平均值366.5710367.1348367.6988368.0305368.3329方差32.935032.686032.478532.254932.0618平滑度0.99910.99910.99910.99910.9991三阶矩-4.7685e+03-7.0574e+03-9.5910e+03-1.1157e+04-3.142e+04一致性8.3928e-058.3914e-058.3626e-058.4005e-058.4005e-05熵-1.9094e+10-1.9164e+10-1.9290e+10-1.9235e+10-1.9235e+10从上述两表以看出，随着大功率元件的向下安装，温度的平均值逐渐增加，会影响到电路板的换热，容易出现故障，因此应采用顺序1，即大功率元件靠上安装，符合comsol得出的结论。速度场方差随均值的增加也