熱仿真分析在電子產品研發(fā)設計中的應用

隨著科技的不斷發(fā)展，電子產品的智能化、小型化、便捷化，讓電子設備的設計和制造要求越來越高。

電子產品的散熱、發(fā)熱問題也尤其突出，工程師們通過不同的方法和試驗測試來進行產品驗證。傳統(tǒng)熱設計方法中設計師依靠以往經驗設計樣機，通過樣機的各種試驗和測試發(fā)現(xiàn)設計問題和缺陷，然后進一步優(yōu)化改進，往往需多次反復才能基本定型，已難以滿足現(xiàn)代電子設備周期短、難度高的研制要求。

而現(xiàn)在，很多企業(yè)將熱仿真分析作為電子設備設計中的重要環(huán)節(jié)，對于提高設備性能、確保設備穩(wěn)定性和可靠性有著巨大幫助。

熱仿真我們可以把它看作為是一種虛擬的實驗，它可以在不做出實際產品的前提下，通過輸入一系列的信息數(shù)據(jù)，來計算在不同運行場景下產品的散熱風險。因此，熱仿真能夠提前預判產品的散熱方案是否合理，從而節(jié)約研發(fā)時間和打樣成本。

熱仿真能夠實現(xiàn)的基本功能如下：

1) 可計算產品在不同環(huán)境下（溫度、濕度、海拔、陽光直射等）的溫度表現(xiàn)；

2) 可顯示產品內部及周圍熱流路徑，便于分析散熱控制環(huán)節(jié)；

3) 可顯示冷卻介質流動速度分布、流動路徑、壓強分布、風扇和泵的工作點等流動相關的信息，便于分析理解散熱狀態(tài)和優(yōu)化方向；

4) 可以實現(xiàn)相關參數(shù)自動優(yōu)化計算，在設計中的多變量耦合關系中自動獲取最優(yōu)設計區(qū)間。

熱仿真分析的流程

1、建立數(shù)學模型

首先，我們需要建立一個描述產品熱性能的數(shù)學模型。這個模型通?；趥鳠釋W的基本原理，包括熱傳導、熱對流和熱輻射等。根據(jù)產品的特點和需求，選擇合適的傳熱模型進行建模。對于電子設備，我們通常使用傳導模型來描述芯片和散熱器之間的熱傳遞。

2、定義邊界條件

在建立數(shù)學模型之后，我們需要定義模型的邊界條件。這些條件包括輸入的熱量、環(huán)境溫度、散熱器的尺寸和材料等。這些條件需要根據(jù)產品的實際情況進行設定，并盡可能準確。

3、求解數(shù)學模型

在定義了邊界條件之后，我們需要求解數(shù)學模型。這通常需要使用數(shù)值計算方法，例如有限元法或有限差分法等。通過求解數(shù)學模型，我們可以得到產品在不同條件下的溫度分布和熱流量等熱性能參數(shù)。

4、結果分析和優(yōu)化

在得到求解結果之后，我們需要對結果進行分析。這包括檢查溫度分布是否均勻，是否存在過熱點或過冷點等。如果存在過熱點或過冷點，我們需要對設計方案進行優(yōu)化，例如改變散熱器的尺寸或材料，增加散熱孔等。優(yōu)化設計方案后，我們再次進行熱仿真分析，直到滿足設計要求為止。

熱仿真分析的應用
1. 電子芯片設計
電子芯片是電子設備中的核心部件，其性能直接決定了設備的整體性能。在電子芯片設計中，熱仿真分析可以幫助設計者預測芯片在不同條件下的溫度分布和熱傳遞效率，從而優(yōu)化芯片的布局和材料選擇，提高芯片的性能和穩(wěn)定性。
2. 電子設備結構優(yōu)化
電子設備結構的設計對于設備的性能和使用壽命具有重要影響。熱仿真分析可以幫助設計者預測設備在不同條件下的溫度分布和熱變形情況，從而優(yōu)化設備結構，提高設備的可靠性和穩(wěn)定性。

3. 系統(tǒng)級散熱設計
在電子設備中，系統(tǒng)的散熱設計對于設備的性能和使用壽命具有重要影響。熱仿真分析可以幫助設計者預測系統(tǒng)在不同條件下的溫度分布和熱傳遞情況，從而優(yōu)化散熱設計，提高設備的整體性能和使用壽命。

熱仿真分析不僅在電子設備熱設計中將會發(fā)揮越來越重要的作用，還在PCB板、車載電子、新能源電池、人工智能、電源等行業(yè)被廣泛應用。我們元王也有幸參與其中，用CAE仿真技術助力更多的企業(yè)降低研發(fā)成本還節(jié)省研發(fā)時間，創(chuàng)新贏得更大的市場。