中心議題：

• 利用CFD建模方法進行PCB熱設計

解決方案：

• 減少電路板走線
• 應該使用較小的背景柵格尺寸

由於多相位穩壓器應用要求的功率等級越來越高
，同時可用的電路板麵積又在不斷減小
，PCB電路板走線設計已經成為穩壓器熱設計的重要組成部分。PCB板可以幫助散發穩壓器產生的大部分熱量，而且在許多情況下這是唯一的散熱方式。設計良好的走線可以通過增強MOSFET和IC周圍的有效熱導率來改善電路板的熱性能。

另外一方麵，為了降低成本，又需要減少不必要的走線。因此為了滿足上述目標，必須在設計階段對穩壓器周圍的PCB熱導率變化及其對穩壓器熱性能的影響進行評估和調整。

常見的熱分析方法是根據銅層的數量、厚hou度du和he覆fu蓋gai百bai分fen比bi及ji電dian路lu板ban總zong厚hou度du計ji算suan整zheng個ge電dian路lu板ban的de有you效xiao並bing行xing和he正zheng常chang導dao熱re率lv的de平ping均jun值zhi，然ran後hou利li用yong平ping均jun並bing行xing和he正zheng常chang熱re導dao率lv計ji算suan電dian路lu板ban的de熱re傳chuan導dao。然ran而er在zai必bi須xu考kao慮lv電dian路lu板ban熱re導dao率lv局ju部bu變bian化hua的de場chang合he，這zhe種zhong方fang法fa並bing不bu合he適shi。

Icepak是一種熱建模的軟件工具，可以用於研究電路板中熱導率的局部變化。除了計算流體動力學(CFD)功能外，該軟件工具還把電路板的走線和過孔情況考慮進去，進而計算整個電路板上的熱導率分布。這個特性使得Icepak非常適用於以下研究工作。

原始設計和模型驗證

Icepak模型是根據1U服務器應用中的ECAD文件創建的。原始電路板的走線和過孔信息被導入到模型中(圖1a)。

圖1a：輸入原始設計的走線。

為了檢查熱導率分布情況，可以將45℃恒溫邊界條件指配給PCB板的背麵
，同時將均勻的熱流量邊界條件指配給其頂部。計算結果如圖1b所示。

圖1b：原始設計中
，在均勻熱流時PCB上表麵的溫度分布情況。

在圖1b中(zhong)，高(gao)溫(wen)代(dai)表(biao)了(le)低(di)的(de)熱(re)導(dao)率(lv)，低(di)溫(wen)代(dai)表(biao)了(le)高(gao)的(de)熱(re)導(dao)率(lv)。從(cong)圖(tu)中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)
，在(zai)沒(mei)有(you)走(zou)線(xian)的(de)區(qu)域(yu)溫(wen)度(du)較(jiao)高(gao)，在(zai)走(zou)線(xian)較(jiao)多(duo)的(de)區(qu)域(yu)溫(wen)度(du)較(jiao)低(di)。在(zai)有(you)大(da)過(guo)孔(kong)的(de)區(qu)域(yu)
，溫(wen)度(du)接(jie)近(jin)45℃。

這表明熱導率分布與原始設計中的走線分布是一致的。為了獲得小孔的局部效應，應該使用較小的背景柵格尺寸。

在本例中
，背景柵格尺寸為1×1mm。每個柵格包含一個電路板單元，該單元具有自己的X、Y和Z坐標方向的熱導率，一般情況下它們具有不同的值。

在該模型中，穩壓器元件和走線的功率損失如表1所示。這些功率損失值在前述測試中得到了驗證。

1U應用模型如圖2a所示
，其中的電路板上方存在著空氣流動。環境溫度為25℃，內部空氣流速為400LFM。圖2b給出了電路板上表麵和元件的溫度。具有較高溫度的元件是穩壓器中的MOSFET。

當把每個關鍵元件組的最大溫度的仿真結果與測試結果對比時，我們發現它們具有很好的一致性。

減少電路板走線

原始PCB設(she)計(ji)具(ju)有(you)相(xiang)對(dui)較(jiao)大(da)的(de)走(zou)線(xian)覆(fu)蓋(gai)率(lv)，目(mu)的(de)是(shi)為(wei)了(le)增(zeng)加(jia)電(dian)路(lu)板(ban)中(zhong)的(de)熱(re)量(liang)散(san)發(fa)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)穩(wen)壓(ya)器(qi)溫(wen)度(du)。然(ran)而(er)在(zai)有(you)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)，為(wei)了(le)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)，要(yao)減(jian)少(shao)走(zou)線(xian)覆(fu)蓋(gai)率(lv)，並(bing)且(qie)不(bu)使(shi)用(yong)散(san)熱(re)器(qi)。因(yin)此(ci)，會(hui)對(dui)走(zou)線(xian)進(jin)行(xing)修(xiu)改(gai)，然(ran)後(hou)用(yong)驗(yan)證(zheng)模(mo)型(xing)用(yong)來(lai)預(yu)測(ce)穩(wen)壓(ya)器(qi)的(de)溫(wen)度(du)。