激动人心的新技术:热风险管理

两年前,我开始与来自德国莱门的Johannes Adam博士展开合作。Johannes编写了一个叫做热风险管理(TRM)的软件仿真工具,我们用它来查看PCB线在不同情况下的热性能表现。在见证了它的功能和使用成果之后,我很难抑制自己的激动兴奋之情。我们合作发表了多篇文章和一本书。在本文中,我会介绍一些我本人很感兴趣的TRM的功能用途。(注意:TRM用途广泛,我在本文中提到的只是冰山一角。欲了解更多,可阅读本文最后列出的技术说明。)

我们能够用TRM将PCB上的线建模,然后以此模型来预测它的热性能。所以我们要做的第一件事就是把不同种类的线建模,然后将结果与IPC-2152 [2]上的数据进行比对。如果数据和结果非常吻合,那么我们就会对这个工艺信心倍增。但如果软件可以单独拟合一条线,它就可以预测出在不同情况下,尤其是线路板设计者更常遇到的情况如长度变化、相邻线的距离和存在平面的情况下,线的温度是多少。例如,图1展示了有紧挨线底部平面和没有平面的情况下线周围的热模式。平面能明显降低线的温度,并且加宽线路板上的散热区域。

trm1.jpg

图1:底部有平面时和没有平面时线的温度曲线。

我们还可以用TRM对物体进行多维度查看。举个例子,图2显示了线底部一块线路板剖面图的温度曲线。表示穿过线路板且不带有平面的线下方的温度曲线一直延伸到了最远端,而表示带有平面的线路板的温度曲线则变化显著。我知道,除了计算机仿真,没有其他的方法可以查看这条曲线了。

trm2.jpg

图2:图1中的线底部和线路板上的温度曲线。

而结果也令我们非常欣喜,于是我们开始了一系列的研究,使用TRM查看过孔温度,最终积累出了书的内容。在探测过孔壁内温度方面,目前还没有其他的实用方法。我们得到的结论是,对一条普通的线来说,过孔内温度比线温度要低一些!(图3)事实证明,决定过孔温度不是流经过孔的电流大小,而是相邻线的温度[3]。因此,只要线的规格适当,只需要一个过孔就足够了(在大多数实际情况下),并且过孔孔径也可以比之前设定的小很多。

trm3.jpg

图3:一个标准过孔周围的温度曲线

我们可以使用这个软件查看一个直角区域周围的温度分布曲线。有些人推测直角内侧的温度要比外侧的温度高一些。我们对此进行了仿真,图4a显示出这一推测是正确的。但是导致这一现象的原因有些出人意料——竟然不是因为电流密度都集中在了直角内侧。当查看图4b时,我们看到温度曲线从线上延伸到直角内侧的电介质上,不同于直角外侧区域周围的温度曲线。直角外侧的温度更低是因为板面积更大,线可以“冷却”,而不是因为外侧的电流密度更低。

更多内容,请点击访问发布在《PCB007中国线上杂志》4月号上的原文。