The invention relates to an efficient and simple thermal analysis method for reliability simulation analysis of electronic products. The steps include: establishing an equivalent empirical coefficient formula of PCB thermal analysis parameters based on data-driven fitting; establishing a three-dimensional geometric model of PCB; establishing a three-dimensional simplified heat transfer mathematical model of PCB and deriving analytical solution formula; setting model parameters and initial qualitative temperature, and calling an equivalent empirical system. The thermal analysis parameters are calculated by numerical interface; the temperature field of each component as heat source is calculated by superposition, and the temperature distribution of PCB is calculated by updating the qualitative temperature; the iterative calculation is carried out until convergence; the thermal analysis results for reliability evaluation of PCB are obtained by interpolation method and equivalent thermal resistance calculation respectively. On the basis of guaranteeing the accuracy of thermal analysis, the method greatly simplifies the complexity of the model, overcomes the shortcomings of finite element/finite volume simulation method, such as long time-consuming and large computing resources, and can better solve the problems of dynamic working load and parameter randomness in PCB reliability evaluation.
【技术实现步骤摘要】
面向电子产品可靠性仿真分析的高效简易热分析方法所属
本专利技术涉及电子产品故障物理分析领域,特别是面向电子产品可靠性仿真分析的高效简易热分析方法。
技术介绍
近年来,随着电子行业的快速发展,其产品中电路板的集成度和性能在不断提高,随之功耗也成倍增加,电路板上局部高温会导致其性能与可靠性下降,甚至造成物理损坏。如果能在设计阶段对电路板进行热分析,获得一定工作状态下的电路板的温度场,用于评估其寿命,并开展优化设计,能够有效地提高电路板的寿命及可靠性。因此,集成电路板的热分析技术是电子技术发展的关键技术之一。电路板中的传热方式主要包括传导、对流、辐射,现有的计算流体动力学(CFD)建模仿真方法能够科学准确地对电路板进行热分析。但是鉴于模型的复杂性,通常有限元/有限体积建模仿真方法需要花费较长的时间和较大的计算资源,且通常需要借助第三方仿真软件,如Fluent、Comsol等。另外,对于集成电路板的可靠性评估,由于涉及到动态的温度剖面、工作载荷、参数随机性等特征,则需要进行多次的热仿真分析。此时有限元/有限体积法就显得不太适合应用于解决此类问题。鉴于此,有必要给出一种面向电子产品可靠性仿真分析的高效简易热分析方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述面向可靠性评估的电子产品热分析现有技术存在的问题,提出一种面向电子产品可靠性仿真分析的高效简易热分析方法。该方法基于工程数据拟合获得电路板热分析参数的等效经验系数公式,采用分离变量法获得电路板热分析能量守恒控制方程的解析解,即温度场,通过多次计算获得PCB可靠性评估所需参数,进而完成可靠性评估与分析。本专利技术提 ...
【技术保护点】
1.一种面向电子产品可靠性仿真分析的高效简易热分析方法,其特征在于:它包含以下步骤:步骤1:基于数据驱动方法拟合建立PCB热分析参数的等效经验系数公式;步骤2:建立三维PCB几何模型,获得PCB模型参数;步骤3:建立三维PCB传热数学模型,完成PCB传热边界条件设置,采用分离变量法推导获得PCB热分析能量守恒控制方程的解析解公式;步骤4:假定一个温度值作为物理特性的定性温度,基于PCB模型参数和传热边界条件,调用等效经验系数的接口,计算PCB热分析参数;步骤5:选择一个元器件作为功率热源,调用解析解公式,获得该功率热源的温度场分布;步骤6:重复步骤5,直至遍历所有元器件,获得所有元器件作为功率热源的温度场分布,将所有温度场分布叠加获得PCB在该定性温度下的温度场分布;步骤7:根据获得PCB温度场分布计算定性温度,并更新定性温度;步骤8:重复步骤4‑步骤7,直至温度场达到收敛判据,该温度场即计算获得的最终温度场分布;步骤9:通过插值法获得PCB可靠性评估所需的热分析参数;步骤10:通过热阻公式计算元器件可靠性评估所需的热分析参数。通过以上步骤,给出了一种面向可靠性评估的PCB简易热分析方 ...
【技术特征摘要】
1.一种面向电子产品可靠性仿真分析的高效简易热分析方法,其特征在于:它包含以下步骤:步骤1:基于数据驱动方法拟合建立PCB热分析参数的等效经验系数公式;步骤2:建立三维PCB几何模型,获得PCB模型参数;步骤3:建立三维PCB传热数学模型,完成PCB传热边界条件设置,采用分离变量法推导获得PCB热分析能量守恒控制方程的解析解公式;步骤4:假定一个温度值作为物理特性的定性温度,基于PCB模型参数和传热边界条件,调用等效经验系数的接口,计算PCB热分析参数;步骤5:选择一个元器件作为功率热源,调用解析解公式,获得该功率热源的温度场分布;步骤6:重复步骤5,直至遍历所有元器件,获得所有元器件作为功率热源的温度场分布,将所有温度场分布叠加获得PCB在该定性温度下的温度场分布;步骤7:根据获得PCB温度场分布计算定性温度,并更新定性温度;步骤8:重复步骤4-步骤7,直至温度场达到收敛判据,该温度场即计算获得的最终温度场分布;步骤9:通过插值法获得PCB可靠性评估所需的热分析参数;步骤10:通过热阻公式计算元器件可靠性评估所需的热分析参数。通过以上步骤,给出了一种面向可靠性评估的PCB简易热分析方法。2.根据权利要求1所述的一种面向电子产品可靠性仿真分析的高效简易热分析方法,其特征在于:所述步骤1基于数据驱动方法建立PCB热分析参数的等效经验系数公式,包括PCB等效物性参数、流体等效物性参数、对流等效换热系数经验公式、辐射等效换热系数经验公式、等效热阻经验公式等,其中PCB等效物性参数的计算采用加权体积法,又包括密度、导热系数、摩尔质量等,流体等效物性参数又包括密度、导热系数、动力粘度、运动粘度、普朗特数等。3.根据权利要求1所述的一种面向可靠性评估的PCB简易热分析方法,其特征在于:所述步骤2建立三维PCB几何模型,获得PCB模型参数,包括:PCB基板厚度、长度、宽度和组成材料,元器件功率,元器件高度、长度、宽度、中心点坐标和组成材料,元器件组装间隙高度,焊...
【专利技术属性】
技术研发人员:王自力,夏权,孙博,任羿,钱诚,冯强,杨德真,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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