شبیه سازی انتقال حرارت در برد الکتریکی(PCB)

سیمولیشن جریان هوا در برد الکتریکی

شاید کمتر کسی را بتوان پیدا کرد که در قرن 21 ام با محصولات و تجهیزاتی که در آن مدار یا برد الکترونیکی وجود دارد، سر و کار نداشته باشد. بسیاری از محصولات و تجهیزات اطراف ما، دارای پی سی بی(PCB( هستند. محصولاتی مانند گوشی تلفن همراه، مانیتور، تلویزیون، هود، یخچال، مودم و موارد بسیار دیگری که در زندگی روزمره ما تاثیر زیادی می گذارند. به همین دلیل تولید برد و مدار های الکتریکی(مدار ها و تجهیزات کنترلی، مخابراتی،موتورها، تجهیزات ذخیره سازی و ...) یکی از بخش های مهم صنایع امروزی است.

تصویر نمونه شبیه سازی جریان هوا و دما در برد الکتریکی

شبیه سازی دما و گرما در مدار و المان های برقی

در فرآیند طراحی و ساخت یک محصول دارای مدار الکتریکی، پس از طراحی مدار و اجزا الکترونیک، یکی از موارد مهم، طراحی و شبیه سازی انتقال حرارت و روش دفع گرما در برد یا PCB است. این نوع شبیه سازی ها کمک می کند تا با توجه به مشخصات قطعات و المانهای الکترونیک(آی سی، پردازنده، مقاومت، حافظه، خازن و ...) و با در نظر گرفتن دمای مناسب کارکرد قطعات و مدار، میزان دفع گرما و وضعیت جریان هوا در داخل برد یا تجهیز الکتریکی را مشاهده کنیم.

به این ترتیب با استفاده از نتیجه شبیه سازی حرارتی و جریان هوا در برد الکترونیکی، می توان پیش بینی های لازم برای جلوگیری از بالا رفتن بیش از حد دمای تجهیز و قطعات برد را در هنگام استفاده، انجام داد و روش مناسبی برای خنک کردن المان ها در نظر گرفت.

سیمولیشن سی اف دی(CFD) بر روی پی سی بی و مدار

با انجام شبیه سازی انتقال حرارت و جریان هوا در PCB ها، قطعات و مجموعه های الکتریکی و الکترونیکی علاوه بر امکان بررسی منافذ ورود و خروج هوا، می توان نیاز به استفاده از فن را برای مجموعه مورد نظر آنالیز کرده و همچنین جانمایی و چیدمان قطعات را در پوسته برد الکتریکی بررسی کرد.

سیمولیشن مسیر حرکت هوا و گرمای تولید شده در مدار الکترونیکی

یکی از کاربردهای دیگر شبیه سازی و سیمولیشن CFD در طراحی PCB و بردهای الکتریکی، بهینه کردن و اصلاح طرح ها و محصولات موجود می باشد. در این حالت و با توجه به توان تولیدی توسط المان های مختلف مدار و نیز هندسه و متریال بدنه دستگاه، می توان وضعیت تهویه را در داخل مجموعه الکتریکی مورد بررسی قرار داد و در صورت نیاز به تغییر در ساختار و جانمایی و یا ظرفیت فن، موارد را با استفاده از شبیه سازی و سیمولیشن انتقال حرارت چند حالته، تحلیل نمود.

در این خصوص باید توجه داشت سیمولیشن و تحلیل انتقال حرارت در PCB و برد الکترونیک، نیازمند تجربه مناسب در حوزه شبیه سازی و آشنایی با علم مکانیک سیالات است.

بهینه سازی و بررسی عملکرد هیت سینک

وظیفه Heat sink در مدار الکترونیکی انتقال حرارت قطعاتی مانند IC و CPU، به محیط است. این قطعات الکترونیک معمولا در هنگام پردازش حرارت زیادی تولید می کنند که تنها از طریق سطح المان دفع نمی شود و در صورت نداشتن هیت سینک دمای آن بسیار بالا می رود و ممکن است باعث سوختن آی سی شود. در وافع هیت سینک یک قطعه از جنس آلیاژ آلومینیوم یا مس است که با داشتن شبکه های مختلف و سطح تماس زیاد با هوا، به انتقال حرارت کمک می کند.

انتخاب نوع هیت سینک و شبیه سازی گرما و دما در آن یکی از انواع دیگر سیمولیشن در بردها است.

خروجی و نتیجه شبیه سازی انتقال حرارت و تهویه برد الکترونیک

PCB flow simulation -CFD results

نتیجه شبیه سازی سی اف دی و سیمولیشن تولید گرما و حرارت در برد و مدار الکتریکی معمولا به صورت پلات و نمودار دو بعدی و سه بعدی دما در نقاط مختلف، سرعت جریان هوا و یا فشار هوا قابل بررسی است. با استفاده از نمودار و نقشه حرارتی، می توان متوجه شد دمای کدام المان الکترونیکی بالاتر از حالت معمولی است. علاوه بر این اگر سرعت حرکت هوا در قسمتی از مدار الکتریکی کم باشد و انتقال حرارت به خوبی انجام نشود، باید در آن محل از فن یا هیت سینک(Heat sink) استفاده کرد.

شبیه سازی انتقال حرارت برد الکترونیک