EDA和CAD合并建立电子模块热仿真模型 step by step

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；

• 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11  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12   输入器件的热耗信息

图13 建立用户自定于材料库

物理模型、边界条件的输入

图14  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15  选择物理模型、建立热流边界

图16  求解计算

图17  后处理显示

写在最后：以上是笔者关于为某电子模块热仿真建立的步骤及注意事项的全部介绍，希望对电子产品热仿真的同学们有所帮助。如果你想进一步了解，推荐您订阅我本月新发布在仿真秀APP的原创视频教程《ANSYS Icepak 导入EDA模型的注意事项及技巧》，可提供模型文件练习，订阅用户进入笔者的VIP群，提供学习答疑服务等。

• Icepak在导入EDA模型时，需要注意的事项以及导入对应的技巧；
• Icepak里模拟芯片的不同方法；
• 如何布线过孔追踪电路板模型的方法；

• 如何精确计算PCB板导热率的方法。