电子产品热仿真规范
热设计及热仿真分析
九、热电制冷器（1.25H）
1. 热电制冷的基本原理
2. 制冷器冷端净吸热的计算
3. 最大抽吸热制冷器设计方法
4. 最佳性能系数制冷器设计方法
5. 多极制冷器的性能
6. 热电制冷器的结构设计
十、热管散热器的设计（1.25H）
1. 热管的类型及其工作原理
2. 热管的传热性能
3. 热管设计
十一、电子设备的热性能评价及改进（0.5H）
1. 评价的目的与内容
2. 热性能草测
3. 热性能检查项目
4. 热性能测量
5. 确定热性能缺陷
6. 热性能改进的制约条件
7. 改进费用与寿命周期费用的权衡
8. 热设计改进示例
十二、计算机辅助热分析技术（1.5H）
1. 计算流体动力学的工作步骤
2. 计算流体动力学的分支
3. 流体流动的基本特征
4. CFD求解过程及软件结构
5. 常用的CFD商用软件
6. 三维湍流模型
7. 边界条件的应用
8. CFD应用实例
十三、热设计实例（4H）
1. 现代电子器件冷却方法动态
2. 电子设备热分析软件应用研究
3. 典型密封式电子设备热设计
4. 功率器件热设计及散热器的优化设计
5. 表面贴装元器件的热设计
6. 某3G移动基站机柜的热仿真及优化
7. 电子设备热管散热器技术现状及进展
8. 吹风冷却时风扇出风口与散热器间距离对模块散热的影响
9. 实验评估热设计软件
10. IGBT大功率器件的热设计
11. 电源模块的热设计及分析
十四、自由交流及讨论（0.5H）。
电子产品热设计及热仿真技术的应用分析
电子产品热设计及热仿真技术的应用分析摘要：随着装备性能的不断提升，复杂程度的不断提高，以及使用环境的日趋复杂，电子产品对可靠性的要求日益提高，可靠性已成为衡量电子产品使用性能的一项重要指标。
因散热不良引发的故障一直在电子产品故障发生中占有很大的比重，电子产品一旦出现热设计缺陷，往往在设计周期和设计成本等多方面造成极大的损失。
因此需要在产品设计源头加以控制，即在设计之初考虑产品的功能和性能的同时，考虑其散热等因素。
综合电子产品的性能设计和热设计，选择采用什么散热方式、使用何种散热材料等，其目的是高效率、低成本、高可靠地制造产品。
基于此，本文对电子产品热设计及热仿真技术的应用进行分析，为产品全生命周期设计提供验证支撑，达到合理可靠稳定运行的目的。
关键词：电子产品热设计；热仿真技术；应用分析引言电子产品是基于电子信息技术发展背景下的重要产物，电子信息技术是20世纪初诞生的一种新兴的技术，随着时代的发展与生产技术的不断革新，电子信息技术得到了进一步发展。
进入21世纪之后，电子信息技术已成为科学技术领域的重要标志之一，在各个行业及领域均具有非常广泛的应用。
伴随着大量电子产品的问世，不仅改变了人们传统的生活方式，也为人们的生产与生活带来了巨大的便利。
随着社会信息化的不断发展，电子产品多功能集成和便携的需求日益凸显，电子产品的集成化和小型化就成了目前电子产品的发展趋势，电子产品的集成化意味着功率会大概率的增大，与小型化的发展综合在一起意味着电子产品的单位体积功率密度会不断增大，因此电子产品的热设计就需要从粗放的经验设计向精确化的热理论设计发展。
热仿真就是支持电子产品精确化理论设计最佳手段。
通过热仿真将电子产品在性能设计的基础上叠加热设计，达到电子产品在最优热环境里发挥最佳性能的目的。
1电子产品热设计的意义1.1电子产品进行热设计的优势有效散热对于电子产品的稳定运行和长期可靠性而言至关重要，将电子产品热功能部件的工作温度控制在其有效工作的温度范围内，是提升电子产品可靠性的基本思路。
半导体芯片产品-第6部分：热仿真要求(编制说明)
国家标准《半导体芯片产品－第6部分：热仿真要求》（征求意见稿）编制说明一、工作简况《半导体芯片产品－第6部分：热仿真要求》标准制定是2015年国家标准计划项目（国标委综合[2015]90号文）（2015年第四批行业标准制修订计划），计划编号20154243-T-339，由中华人民共和国工业与信息化部提出，由全国半导体器件标准化技术委员会（SAC/TC 78）归口，起草单位为哈尔滨工业大学、中国航天科技集团公司第九研究院第772研究所、成都振芯科技有限公司。
主要起草人为：刘威、王春青、张威、林鹏荣、罗彬。
项目起止时间：2015年～2016年。
目前，本标准制定工作简况如下：2015年6月～2015年7月成立编制组，编制组成员包括管理层、长期从事半导体芯片质量与可靠性的技术研究人员，以及具有多年国标编制经验的标准化专家。
2015年8月～2015年10月编制组成员针对半导体芯片产品热仿真要求广泛收集资料。
对国内半导体芯片产品的设计、研发和应用单位展开深入调研，了解目前存在的问题和不足，编制工作组讨论稿。
2015年11月～2016年1月编制组内部讨论，对工作组讨论稿进行完善，形成了征求意见稿，并完成了编制说明。
2016年2月～2016年3月将形成的征求意见稿及编制说明寄送有经验的专家，书面反馈修改意见。
依据反馈意见对标准进行修改、完善，并召开征求意见会。
二、标准编制原则和确定主要内容的论据及解决的主要问题1、编制原则本标准依据GB/T 1.1—2009给出的规则起草，使用翻译法等同采用IEC62258-6：2006 《Semiconductor die products-Part 6: Requirements for information concerning thermal simulation》2、标准的主要内容标准中技术内容和标准结构以及章、条、图号与IEC标准等同，便于与国际标准接轨。
3、主要问题IEC62258是一个系列标准，共包含8个部分，分别由不同单位进行编制，存在不同单位编制的系列标准之间相互引用，术语和定义需要协调、统一的问题。
电子产品热仿真介绍
1.2、什么是热仿真？
➢ 热仿真理解：
热仿真就是通过仿真技术，利用物理热力学原理及物质热 属性来分析研究系统（产品）的热学特性的仿真实验分析。结合现 有计算机技术，市面上有许多现成的热仿真软件可以用来实施具体 的热仿真实验。
➢ 热仿真的特点：
1、热仿真适用仿真的本质内容； 2、选择一款适合目标系统热学分析的热仿真软件； 3、系统的热仿真模型建立需要考虑热及温度、流体相关的几何 属性、材质属性、环境属性； 4、由于热是抽象的，一个可视化形象的分析结果很重要。
➢ 仿真的本质内容：
1、用模型代替实际系统进行实验和研究； 2、建立一个接近实际系统的模型，模型具备几何相似、环境相似、 物质属性相似； 3、利用适合实验研究目的的求解方法（物理原理），获得研究结果； 4、正确有效的结果分析。
➢ 计算机仿真：
随着计算机硬件和软件技术的发展，仿真技术已经可以通过预先 设定好求解计算方法及图形化的人机交互界面的专用仿真软件来更加便捷 的实施。
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4、怎样理解热仿真结果？
➢ 热仿真结果分如下几种情况：
1、可行性分析情况下的热仿真结果
此类热仿真是在产品设计使用环境下，评估产品的整体温度状况，考 虑一般恶劣情况和经验散热设计方案下的温度能够满足要求即可，可以提供可 行性分析报告。报告中的温度数值一般只做参考，无需实物或打样验证。
2、特定工况和特定环境下的仿真结果
➢ 热仿真带来的好处：
1、没有实物和样机也能进行热可靠性分析和实验。 2、计算机建模，比组装样机节约时间，缩短项目周期。 3、减少散热器打样试错次数，节约时间和样品费用成本。 4、可以任意查看产品不同环境和工况条件下的温度状况，而且 几乎没有成本。
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3、进行热仿真需要清楚哪些信息？
半导体芯片产品-第6部分：热仿真要求(编制说明)
国家标准《半导体芯片产品－第6部分：热仿真要求》（征求意见稿）编制说明一、工作简况《半导体芯片产品－第6部分：热仿真要求》标准制定是2015年国家标准计划项目（国标委综合[2015]90号文）（2015年第四批行业标准制修订计划），计划编号20154243-T-339，由中华人民共和国工业与信息化部提出，由全国半导体器件标准化技术委员会（SAC/TC 78）归口，起草单位为哈尔滨工业大学、中国航天科技集团公司第九研究院第772研究所、成都振芯科技有限公司。
主要起草人为：刘威、王春青、张威、林鹏荣、罗彬。
项目起止时间：2015年～2016年。
目前，本标准制定工作简况如下：2015年6月～2015年7月成立编制组，编制组成员包括管理层、长期从事半导体芯片质量与可靠性的技术研究人员，以及具有多年国标编制经验的标准化专家。
2015年8月～2015年10月编制组成员针对半导体芯片产品热仿真要求广泛收集资料。
对国内半导体芯片产品的设计、研发和应用单位展开深入调研，了解目前存在的问题和不足，编制工作组讨论稿。
2015年11月～2016年1月编制组内部讨论，对工作组讨论稿进行完善，形成了征求意见稿，并完成了编制说明。
2016年2月～2016年3月将形成的征求意见稿及编制说明寄送有经验的专家，书面反馈修改意见。
依据反馈意见对标准进行修改、完善，并召开征求意见会。
二、标准编制原则和确定主要内容的论据及解决的主要问题1、编制原则本标准依据GB/T 1.1—2009给出的规则起草，使用翻译法等同采用IEC62258-6：2006 《Semiconductor die products-Part 6: Requirements for information concerning thermal simulation》2、标准的主要内容标准中技术内容和标准结构以及章、条、图号与IEC标准等同，便于与国际标准接轨。
3、主要问题IEC62258是一个系列标准，共包含8个部分，分别由不同单位进行编制，存在不同单位编制的系列标准之间相互引用，术语和定义需要协调、统一的问题。
电气设备的热仿真与优化设计
电气设备的热仿真与优化设计在电气设备的设计与运行过程中，热问题一直是一个重要的考量因素。
热仿真与优化设计能够帮助工程师们更好地理解电气设备中的热分布与热效应，从而有效地提高设备的性能与可靠性。
本文将探讨电气设备的热仿真与优化设计方法，以及相关的发展趋势和应用前景。
一、热仿真的基本原理与方法热仿真是指通过计算机模拟与分析，得出电气设备在不同工作条件下的热分布情况。
其基本原理是建立设备的热传导模型，并结合边界条件、材料特性等参数进行计算，从而得到设备各点的温度分布及热流情况。
在实际应用中，热仿真通常采用有限元方法进行计算。
有限元方法将设备划分为许多小的有限元单元，利用热传导方程进行计算，并结合边界条件和热流处理，最终得到设备的温度分布。
二、热仿真在电气设备设计中的应用1. 设备散热设计在电气设备中，高温是一个不可避免的问题，特别是在高功率设备中更为突出。
热仿真可以帮助设计人员了解设备内部的热分布情况，从而进行合理的散热设计。
通过优化散热结构、增加散热面积或改进散热材料等措施，可以有效降低设备的工作温度，提高设备的可靠性和寿命。
2. 温度对设备性能的影响分析设备在高温工作环境下，电路板、电子元器件等的性能可能会发生变化。
热仿真可以帮助分析温度对设备性能的影响，包括电阻、电容、电感等参数的变化。
通过仿真结果，可以合理选择材料和元器件，提高设备的性能和可靠性。
3. 设备的热管理热仿真可以帮助工程师们了解设备的热特性，并提供合理的热管理方案。
通过分析设备不同部分的温度分布，可以调整散热结构的布局，提高散热效果。
此外，在设备运行过程中，动态监测温度分布，并采取相应的措施，也是热管理的重要内容。
三、热仿真与优化设计的发展趋势与应用前景随着电气设备的不断进步和需求的提高，热仿真与优化设计的应用前景也越来越广阔。
1. 多物理场耦合仿真在实际设备中，通常存在着热、电磁、机械等多物理场的相互作用。
为了更准确地模拟真实设备的工作情况，未来热仿真与优化设计将与其他仿真技术进行耦合，实现多物理场的综合仿真，更好地预测设备的工作性能。
电子设备热设计电子产物热设计及热仿真分析001
全能型车间主任实战技能会务组织：电子标准协会举办时间:１0月２0-２1日 10月27—28日11月17-1８日 1１月24—2５日 12月２2－２3日1２月2９—30日１3年1月12-13日１月1９－２０日费用：２800元／人（包括资料费、午餐及上下午茶点等）企业厂长、制造业生产总监、生产经理、车间主任及生产制造主管及一线干部l、明确现场干部的角色定位,掌握车间日常事务管理及人员管理的精髓2、掌握简单的质量工具改进生产品质的方法3、学习有效掌握生产进度，控制制造成本的方法4、学会发现和挖掘问题，掌握用简单工具解决各种车间复杂问题５、培养设备保养意识，学会运用ＴPＭ的方法提高生产力培训特色：l、可操作性:聚焦于现场的实际操作训练与能力提升２、系统提高：锁定车间管理人员能力点,通过训练，改变管理行为,提升管理技能3、寓教于练：知名企业实际案例分析，您的困惑大家解答,您所参加的不是一堂枯燥的“填鸭”课程而车间管理人员常常面临：ｌ、工作做了不少，每天也忙忙碌碌，管理好象还是理不出头绪,如何有效的推进车间管理工作?2、主管要改善，老板要降本,生产现场如何有效发现问题,持续改进?3、品种多，计划变化频繁,生产任务忽高忽低,如何提高生产车间柔型，有效的保证生产进度？４、生产过程不稳定,机器故障和产品质量问题常常发生，如何有效的控制提高质量和提高设备利用率?5、现场很多事情需要依靠下属和同级部门共同努力，可是经常是出了问题后，人人相互推脱,事情一误再误，如何有效的与他人沟通和协调,如何激发下属的主动性和责任心?内容系统完整、注重实际运用、两天的精心研修,与您共享车间管理的奥秘!第一讲：车间主任角色认知与职责管理是什么和管理做什么讨论：先有管理理论还是先有管理管理最精炼、最实用的认识：过程与手段／技术与艺术/行为与借力讨论：管理到底是不是一种科学管理具有哪两大主要特点讨论:领导者的管理核心推理为什么说管理必须要观念先行管理的一切行为可以浓缩为哪两个字课堂练习:管理三大关键词的关系第二讲、工作职责神圣化与班组管理车间主任的两种真实写照与四种身份对待企业与报酬的两种心态对待下属与下属的三种心态实战训练:如何管理好你的班长?班长有哪四种不称职表现？班长为什么总是忙而乱？班长有哪些事情做了等于不做？怎样才能发挥出班长的能力和优势？第三讲：系统认识现场、认识职责现场管理的定义（广义与狭义）现场管理的六大项目与三大核心现场管理的五大对象现场管理工作的三大基石现场管理的三大败笔现场管理水平的三个层次现场管理水平提升的三个步骤思考：各部门的工作重心是什么第四讲：把握N种管理系统／体系构筑的精髓观念：IＳO9000的效用是提升企业的体质问题：为什么只求证书不求正本？观念:精益就是把复杂问题简单化（TPS)问题：到底是什么创造了TＯYＯTＡ？“看板生产方式”是一种误导观念:“５S”不治百病，但能防百病问题:“５Ｓ”管理为什么不是一种模式?“5Ｓ”的精髓所在并不是真正的5个“S"为什么只能是“５S”而不是“6Ｓ、7Ｓ”观念：品质是意识决定成败问题：怎样才能强化员工的品质意识如何从更高层次理解品质“三不策"如何从更宽的层面理解“品质是制造出来的"为什么说品质和缺陷是完全不同的两回事只要构筑TＭ和6δ就能解决质量问题?观念:多批少量不是“多"和“少"而是“小"而“快”问题：什么是多批少量运行的“六化原则”构建标准换型程序的“五大要点"观念:TPＭ的主要目的是构筑更可靠的现场管理基础.问题：ＴPM就是全员生产保全？第五讲：把握职责吸收精髓生产效率与生产能力识别生产方式与生产原理识别标准化作业的三大内涵生产效率的三大内涵经济动作的三不原则练习：生产线平衡处理综合练习提高企业利润的两种最基本方法企业浪费的清单企业使用的基本标示(分析浪费的工具）工作改善的四大基本原则第六讲:如何实现有效的员工教育—-—员工素质低不是你的责任，不能提高员工的素质是你的责任）—－-员工为什么会犯错？—－-员工为什么会流失？－—－怎样才能管理好你的员工？人性化管理三／五理论在工作中的应用；经典案例１。
芯片热仿真需要的参数
芯片热仿真需要的参数
芯片热仿真需要以下参数：
1. 环境定义：包括环境温度、使用温度、海拔高度、重力方向、室内或室外等。
2. 安装方式：例如是直接安装还是需要散热器等。
3. 尺寸信息：包括结构3D图纸、体积要求、长宽高要求等。
4. 功耗信息：包括整机功耗、具体模块机及关键芯片热耗，以及其他所有发热元件功耗及位置。
5. PCB布局：器件在PCB上的位置定义。
6. 相关规格书：器件热属性、热阻、尺寸等。
7. 材料信息：导热材料、机箱材料、表面处理等。
8. 散热方式：自然冷却、强迫风冷、液体冷却、热电冷却等，也可以根据实际情况给出建议。
9. 噪音要求：有些设备对噪音有比较高的要求，例如激光投影仪和笔记本散热器。
此外，还需要考虑其他因素，如封装材料（引线框架、模塑材料、管芯粘接材料）、封装设计（管芯厚度、裸焊盘、内部散热过孔、所用金属材料的热传导率）等。
以上参数会根据具体的应用场景和设备要求有所不同，建议咨询芯片生产或设计公司获取更具体的信息。
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1.目的
1.1.规范我司产品热仿真建模标准。
1.2.供热司产品热仿真过程中的方法和要求，适用于我司单板级、系统级等所有产品的热仿真。
2.2.本规范适用于FLOTHERM热仿真软件。
3.定义
3.1.导热系数：是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，°C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/（米.度），w/（m.k）
4.2.热仿真报告审核人：
4.2.1.直接主管：负责对热仿真报告及散热方案进行审核。
4.2.2.项目经理：组织项目成员对热仿真报告及散热方案评审。
5.工作程序
5.1.背景
5.1.1.热仿真分析技术介绍
电子设备热仿真软件是基于计算传热学技术（NTS）和计算流体力学技术（CFD），发展电子设备散热设计辅助分析软件。它可以帮助热设计工程师验证、优化热设计方案，满足产品快速开发的需要，并可以显著降低产品验证热测试的工作量。
→后处理等，如图-2所示。
图-2热仿真过程
5.3.建模
5.3.1.PCB板
PCB板的建模方法有两种，如图-3所示。
1)详细模型：适用于单板、互连或考虑PCB板过孔、局部铜箔等优化散热情况。需要详细建每一层CU和FR4的模型，叠加起来成为一块完整的PCB模型。以一块厚度1.6mm的8层板为例：8层铜，每层铜厚度1OZ，铜导热系数380W/m.k；7层FR4，每层FR4厚度一般不等，FR4导热系数0.25-0.3W/m.k。
1)对产品温度场作出预测，在产品设计开发时就能发现并关注热点区域；
2)降低设计、生产和重复设计、生产的费用；
3)对产品风道进行优化，最大限度的提高散热效率；
4)减少试验和测量的次数，缩短开发周期，提高产品质量。
对比内容
对设计者经验的依赖度
设计周期
热设计一次成功率
热设计方案的优化程度
效率
传统热设计方法
热管
图-5热管模型
在利用热管仿真时，应注意检查热管冷端和热端的温差△T，在正常条件下△T=3~5度比较合理，同时需要考虑热管和元件接触方式、打扁、折弯等对散热的影响。
5.3.4.风扇
我司常用的风扇有轴流风扇和离心风扇，这两种类型风扇的建模方法差别很大。
3.2.辐射：是能量以电磁波或粒子（如阿尔法粒子、贝塔粒子等）的形式向外扩散。自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度以上，都以电磁波和粒子的形式时刻不停地向外传送热量，这种传送能量的方式被称为辐射。
4.职责
4.1.热仿真负责人
4.1.1.热传工程师：负责产品开发阶段的热仿真分析，并按模板要求输出热仿真报告。
5.1.2.热仿真优点和作用
传统热设计只能根据经验类比或应用有限的换热公式进行预先评估，最终主要通过实验来交替完成整个热设计过程，其特点是结果不够精确，产品设计周期长。和传统热设计相比，如图-1所示，热仿真技术是在产品预研和开发阶段解决热设计大方向问题，对热设计方案的可行性进行全方位的分析，同时对多种设计方案的优劣进行分析比较，并能够确定出最佳的设计方案。热仿真技术优点如下：
2)简单模型：适用于系统级仿真分析，使用FLOTHERM软件里面的PCB模型或者是各向异性导热系数的Cubiod模型。PCB模型可以设置层数，含铜量来计算出各方向的导热系数，如图-3所示。如果需要考虑辐射散热，PCB的发射率可设置为0.9。
图-3PCB板模型
5.3.2.散热片
散热器建模方法有两种，如图-4所示。
完全
长
低
低，裕量大
低
热仿真分析方法
强
短
高
高，裕量适中
高
图-1
5.2.热仿真分析过程
FLOTHERM通过建立基于实体的简化模型，以有限体积法划分网格单元，采用计算流体
力学和计算传热学求解技术，通过流体方程和传热方程的迭代，求解出整个模型系统
中的流场、温度场数据。其基本步骤为：建模→划分网格→给定边界条件及物理参数
在散热器设计时，需要考虑充许的尺寸大小、散热器的热阻、压降、冷却风流量等，必要时可以利用Command Center来优化设计。
5.3.3.热管
热管有复杂的相变过程，在FLOTHERM中无法直接建模。在FLOTHERM中热管是用立方体建模而不是圆柱，首先需要计算相当的热管表面积。
热管截面正方形边长等于:D为热管直径
常用热管建模方法有三种，在FLOTHERM7.1以前版本只能使用前两种方法建模。
1)：采用各向异性材料：
轴向导热系数设置为：15000-30000 W/m.k；
径向导热系数设置为：380 W/m.k。
2)详细模型：
Cu Wall：厚度等于热管壁厚，K=380w/m.k；
Vapor：尺寸等于热管内部尺寸， K=50000w/m.k；
其主要思想是：把原来在时间域和空间域上连续的物理量的场，如温度场、速度场、压力场等，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后计算机数值计算求解代数方程组获得场变量的近似值。
目前商业的热仿真软件种类繁多，有基于有限体积法的Flotherm、I-deas、Icepak、CFDesign、Thermal、Cool it、Betasoft，及基于有限元的Ansys等，其中Flotherm、I-deas、Icepak占据绝大部分的市场份额。
简单模型：FIN部分采用流阻模型代替，主要应用于系统阻力优化等，极大地降低网格数量，提高仿真效率。
详细模型：需要建FIN的具体模型，
图-4散热片模型
材料设置：AL6063-T5的导热系数:201W/m.k，CU1100的导热系数：380W/m.k。
如果需要考虑辐射散热，散热器的发射率可设置为0.8-0.85。
Wick：压缩模型，厚度1mm，位于Cu Wall和Vapor之间，K=40w/m.k；
Interface：压缩模型，位有Cu Wall和其他接触物体之间。
3)热管Smartpart模型
在FLOTHERM7.1以后版本的建模方法，使用起来比较方便，如图-5所示。
要求输入热管有效热阻以及最大热流量；
考虑热管与散热器的接触热阻,可以通过在热管网络立方体(Network Cuboid)上添加Surface 属性。