电子产品热仿真特点有哪些？
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结构复杂，电子设备包含几十~上千个元器件
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体积小，功率密度高、关注热敏感元器件
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多种冷却方式，自然冷却、风扇冷却、液冷、热管等
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多维度，芯片级，板级，系统级
单个电路板包含的元器件
航空电子设备的机箱
SimLab Electronics Thermal
热分析专用工具
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基于FVM算法的热流体求解器 ElectroFlo (技术源自TES International公司，已被 Altair 收购)
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快速建模，无需几何清理，全自动六面体网格，让用户专注于产品热设计
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热分析对象：机箱机柜、PCB板、消费电子产品
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可导入MCAD（NX / Catia / Creo）和EDA (ODB++ / Altium / Mentor / Zuken / Cadence) 数据
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电-热耦合分析，半导体制冷，芯片热网格模型
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风扇模型、水冷通道、湍流模型、热辐射
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支持DOE，热固耦合
SimLab Electronics Thermal 模块
Electronics Thermal 分析流程
Step1: 导入CAD和ECAD数据
Step2: 几何离散
Step3: 六面体网格
Step4: 求解/后处理
网格建模方法
Electronics Thermal 将导入的CAD模型先离散成网格化的几何(Geometry Discretization)，然后在此基础上加密六面体网格。对于关键部位可以用Mesh Control工具局部加密。
对于薄片的特征，采用Key Planes工具指定。Key Planes的位置会随几何尺寸的变动自动更新。
PCB板的建模
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PCB通常含有太多细节，有些铜线只有几十微米，很难用网格捕捉。
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PCB trace mapping工具可以根据含铜量自动简化、等效材料属性。
导入的原始PCB详细数据
根据每个网格的材料体积分数自动简化PCB模型
红色为金属材料，蓝色为非金属材料
PCB简化既可以针对PCB整体，也可以具体到每一层：
Layer Definition工具可以预览/修改PCB层的信息，并选择性导入哪些层。
如果选择Simplify PCB as a single body选项, SimLab自动将多层PCB转换为均匀的各向同性或各向异性材料。
PCB简化工具不仅考虑了等效的热属性，也能考虑电属性和机械属性（用于强度分析，疲劳失效分析）：
PCB正交各向异性热属性等效原理
PCB材料机械性能定义
芯片热模型
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导入csv文件，批量定义芯片的2R热模型
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用户选择PCB板，SimLab自动识别芯片和板的接触面
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计算结果自动输出每个芯片的板温，壳温和节温
导入芯片2R热模型的csv数据
2R芯片热模型
计算过程自动监测芯片温度
液冷模型Liquid Cooling
模型可以包含空气冷却区域和液冷区域，且两种冷却介质的区域可以分别选择不同的湍流模型。
液冷区湍流模型
风冷区湍流模型
传感器Sensor
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用于记录元器件、或自定义监测位置的物理量，如温度，风速，电压等
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Senor的物理量也可以作为求解器收敛的判断准则，例如有些情况下数值残差收敛了，但是温度还在上升
Sensor在计算过程中Plot曲线
可选择某个 sensor 值作为收敛依据
机箱的简化出风口模型Vent
Vent指定机箱通气格栅的开孔率和压力损失系数，从而避免对复杂的格栅直接建模。
出口格栅的空气流量和压力损失
温度控制器Thermostat
根据温度反馈控制多个参数，包括：风扇的开/关；电流、电压；控制温度，辐射、对流参数，芯片发热功率等。
风扇模型Fan
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几种风扇参数输入模式：质量流量，体积流量，转速/直径, P-Q曲线
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考虑风扇电机自身发热
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考虑风速的旋转分量
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考虑风扇失效模型（类似阻力单元）
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Thermostat反馈控制，监测温度达上限打开风扇，温度达下限关闭
计算过程中Plot风量和风压曲线
半导体制冷模型TEC
基于半导体制冷Peltier效应，当电流流经电路时，除了产生焦耳热外，在两种不同材料的接触点处会发生热量转移，导致一个接头处吸热而另一个放热。
半导体制冷模型TEC
半导体制冷原理图
交互式设计变动
用户可交互式操作模型对象，例如将热敏感元器件稍微远离热源，快速完成设计变动分析。
机箱的空气流速
机箱的固体温度
交互式快速设计变动 操作演示
可以看到本案例的元器件位置变动后，原先超出温度上限的问题得以解决。
原设计调整位置后
批量设计变动DOE
DOE参数化研究散热片的2个参数（翅片个数N和高度H）对CPU和变压器温度的影响。
案例1：航空电子机箱风冷仿真
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机箱包含3块PCB板+300个部件，PCB 采用简化模型
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2千6百万六面体网格，稳态工况12CPU核计算5~6小时
机箱表面的正背面均安装了散热片
机箱表面温度
PCB板的温度
自动输出芯片的温度列表
瞬态工况的监测点温度曲线
案例2：PCB板自然冷却
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PCB 有2层0.03mm厚的铜层，分析对比了铜层对温度的影响。
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Non-CFD分析模式，忽略外部空气区，仅计算导热，单CPU计算时间10分钟。
考虑铜层的PCB热模型，正背面的温度
对比两种模型的温度，考虑铜层的模型具有更好的散热效果，最高温度明显低于忽略铜层的模型。
忽略铜层的PCB温度
考虑铜层的PCB温度
案例3：电动汽车逆变器温度场分析
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逆变器模型的发热元件包含二极管，开关，电容，芯片和汇流排。
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汇流排发热采用热电耦合，水冷板采用Liquid Cooling。
逆变器的模型
逆变器的表面温度
Pin Fin表面温度
案例4：PCB板的热固耦合分析
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首先进行PCB板瞬态温度场分析，接着用mapping tool将温度场数据传递给结构求解器OptiStruct进行翘曲分析。
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两种分析类型采用同一ECAD数据，用户可在SimLab左侧的模型树切换不同的求解器。
案例5：电热耦合分析
分析Busbar的焦耳自发热现象。用户输入材料的电阻率，电流和电压，SimLab自动耦合求解温度场和电场方程。
案例6：半导体制冷模型
TEC部件位于散热片和发热芯片之间，导入TEC的电参数*csv文件，分析机箱的温度场。
（具体演示视频请至公众号观看：SimLab 电子产品热流体仿真）
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