HeatPathView—电子产品热设计解决方案

      随着公司不断追求创新，热设计要求近年来变得更加严格。这些工程师在更小的设计中面临着不断增加的热密度，在许多情况下是“无风扇”结构。电路板上的组件更密集，在许多情况下会产生更多热量。这推动了热流体分析软件在市场上的应用，并且随着产品设计周期的不断缩短，CFD 软件已成为解决当今热设计挑战的必要工具。scSTREAM和 HeatDesigner 等产品可以应对这些挑战，从而可以在原型设计和测试之前更改材料或软件内的组件布局，并模拟加热组件的温度和热效应。通过热分析可以得出的另一个有价值的见解是，您可以测量难以到达的区域的温度，还可以可视化实验中难以测到的气流，并且可以轻松共享结果与您的设计工程师或客户同行。然而，在软件的实际使用方面还有更多的问题需要解决。例如，用户无法利用其产品的温度分布结果来有效地改进他们的设计，而分析工具的作用仅限于检查组件是否符合规格。无法利用其产品的温度分布结果来有效地改进他们的设计。

       HeatPathView 是为早在Cradle CFD版本10的时候开发的，作为一个可视化实用程序，用于显示来自scSTREAM和HeatDesigner的分析结果。HeatPathView 使用户能够在组件级别管理散热。它是一种非常实用，指导设计，解决散热问题的工具，可以以直观的图形格式搜索和了解热平衡和热路径。

图1. 电路板温度分布及散热示意图

        HeatPathView 主要有三个特点。我想通过一个 LED 灯泡分析示例来介绍这些功能。首先，[零件温度]选项卡显示每个组件的最高和平均温度、发热量和材料名称的列表。在这里，您可以检查感兴趣的组件是否满足其温度裕度，或者是否有任何组件具有意外高温。此外，您可以获得每瓦温升和发热量密度，这可以帮助您比较不同发热量的组件的散热能力。接下来，在 [热量平衡] 选项卡中，您可以看到有多少热量从感兴趣的组件散出去，以及哪些组件接收到了散出去的热量。相反，我们可以看到哪些组件正在向我们感兴趣的组件散热。图 2 显示了散热器的散热和接收平衡。

图 2. 散热器散热/受热平衡

       以看到它从铝板上接收热量，其中 50% 的热量通过对流散失到空气中，25% 通过传导散失到侧盖，另外 20% 通过辐射散失。了解散热平衡有助于我们制定针对具体情况的有效热管理指南。从测量中很难知道“三种基本传热形式”中的哪一种，即传导、对流和辐射，负责散热。这是一种真正独特的分析输出。

图 3. LED 器件的热路径

       最后，有 [加热路径] 选项卡。在 [Heat path] 选项卡中，您可以查看感兴趣组件的散热路径。图 3 显示了 LED 器件的主要热路径。您可以看到热量从 LED 器件传递到空气中，通过电路板，然后通过散热器。因为热设计和热管理的基础知识告诉我们要减少热路径中的热阻，所以我们决定不仅显示沿热路径的组件温度，而且还显示组件之间的热值。这使我们能够轻松判断热路径对策的哪一部分是有效的。除了主热路外，您还可以通过切换滑动条来探索次热路或第三热路，并选择一个热路或其中的一部分是瓶颈。对于那些产生热量的组件，重要的是要像这样了解热路径的瓶颈。另一方面，对于那些不产生热量且易受热影响的组件，了解热接收路径很重要。在 HeatPathView 中，显示可以很容易地在散热和受热路径之间切换，对于那些组件，检查它们的受热路径可以帮助我们找到一个位置来提供关闭热接收的对策。