人们对手机等电子产品的依赖程度越来越高,长时间用手机聊天、看影视剧、玩游戏,往往会导致手机迅速发热,而手机类电子产品发热温升超过10度,性能往往会下降50%以上,并且手机类电子产品发热严重会导致手机重启或者爆炸等意外事故的发生。如何更好提升手机的散热性能并且预防上述意外事故的发生,需要借助CFD手段在手机类电子产品的研发阶段就“把好关”。
那么,CFD软件如何在手机类电子产品中产生作用?
1电子 热设计基础理论
1热传递的方式
热量传递的基本规律是热量从高温区域向低温区域传递,热量的传递方式主要包括三种:传导、对流、辐射。
传导是由于动能从一个分子转移到另一个分子而引起的热传递。传导可以在固体、液体或气体中发生,它是在不透明固体中发生传热的唯一形式。对于电子设备,传导是一种非常重要的传热方式。
利用传导进行散热的方法有:增大接触面积,选择导热系数大的材料,缩短热流通路,提高接触面的表面质量,在接触面填导热脂或加导热垫,接触压力均匀等。
对流是固体表面和流体表面间传热的主要方式。对流分为自由对流和强迫对流,是电子设备普遍采用的一种散热方式——所谓的自然对流是因为冷、热流体的密度差引起的流动,而强迫风冷是由外力迫使流体进行流动,更多是因为压力差而引起的流动。产品设计中提到的风冷散热和水冷散热都属于对流散热方式。
影响对了换热的因素很多,主要包含:流态(层流/湍流)、流体本身的物理性质、换热面的因素(大小、粗糙程度、放置方向)等。
辐射是在真空中进行传热的唯一方式,它是量子从热体(辐射体)到冷体(吸收体)的转移。
提高辐射散热的方法有:提高冷体的黑度,增大辐射体与冷体之间的角系数,增大辐射面积等。
2增强散热的方式
电子产品的设计可以通过以下几种方式增强散热:
3 电子 热设计中常用术语
2 ANSYS在电子产品设计中应用
1.电子封装的热设计
随着电子产品向高集成、高性能和多功能方向发展,芯片的I/O 线越来越多,芯片的速度越来越快,功率也越来越大高,从而导致了一系列诸如器件温度升高,功耗密度增大等问题。利用CAE技术,可以对电子器件的性能进行预测,优化结构尺寸和工艺参数,进而提高产品质量、缩短产品开发周期、降低产品开发成本。下文是CFD仿真技术在解决电子封装研发过程中部分常见工程问题的简要介绍:
芯片封装在热设计中需要考虑不同结构的芯片封装传热性能,以及为板级或系统级的热分析提供芯片封装模型。 ICEPAK软件可以根据ECAD软件信息直接生成芯片的详细结构模型,便于工程师对芯片封装的温度分布预测及热优化设计。
2.电子设备的热设计
电子设备是指由集成电路、晶体管、电子管等电子元器件组成,应用电子技术(包括)软件发挥作用的设备,如计算机/外设、工业电子设备、汽车电子设备、军用电子设备、便携式电子设备及新兴电子设备等。
在电子设备的研发过程中常涉及到散热、结构优化等多方面的工程问题。随着现代CAE仿真技术的日趋成熟,企业完全可以将这种先进的研发手段与试验和经验相结合,形成互补,从而提升研发设计能力,有效指导新产品的研发设计,节省产品开发成本,缩短开发周期,从而大幅度提高企业的市场竞争力。下文是CFD仿真技术在解决电子设备研发过程中部分常见工程问题的简要介绍:
电子设备冷却系统的优劣直接影响其在市场竞争中的成败。ANSYS专业热分析软件ICEPAK及流体动力学分析软件FLUENT可以分析优化电子设备的内部布局,改善电子设备内部的冷却系统,降低因温升带来的不利影响。
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