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使用 FloTHERM 找出电子设计中的散热障碍和散热捷径作者：Mentor Graphics找出电子设计中的散热障碍和散热捷径：明导公司的FloTHERM是电子行业垂直市场领先 的 CFD 散热分析解决方案FloTHERM V9 版本添加了创新的后处理技术，开启了热分析的一个新境界，帮助工程师 理解为什么一个设计会过热两个新研发的定量方法和显示技术协助FloTHERM V9用户 将他们的设计中关键的，在过去是抽象的热特征形象化：*散热障碍（Bn）：明确高温气流的流动路径，同时又显示气流对热量的排斥散热捷径（Sc）:显示其他可选用的、更有效的热流路径；换言之，更快到达冷却区域的 捷径最后，Bn和Sc值帮助工程师理解哪些热量已经扩散到系统外，从而使他们能重新设计热 通量分布规划，提高性能到目前为止，还没有方法，能明确一个设计的散热障碍和散热 捷径机会而按照Bn和Sc数据所做的设计修正，形成的新设计，不仅能明确散热障碍， 而且也能越过这些障碍解释数学原理：通过指定横截面区域的热流即热通量（Heat Flux）热通量矢量总是和温度梯度矢量一起 这两个术语在FloTHERM这类CFD热分析工具中的作用，就好像股票市场上的股票。

本 质上，它们的相互作用代表着热阻指数在一个给定的热通量值中，梯度温度越高，热阻 越大同时，这两个矢量值与FloTHERM分析相关，也是支持自然对流情况下散热分布的 参数图1中，热通量矢量(Heat Flux Vector)箭头的长度代表热通量，同样，温度梯度矢量 (Temperature Gradient Vector) 箭头的长度代表温度梯度本图中这两个矢量关系与真实 情况相差很远，只是为了方面解释CFD分析背后的数学原理散热障碍值是两个矢量相交点如图 1 所示，在空间内的每一点，当热通量矢量和温度梯 度矢量同时到达该点时，在该点,Bn标量值就可以计算出来假设两个矢量处于理想位置 (在现实中很不可能有这样的情况)，Cos (0)(角度余弦)=1, Bn值就正好是矢量值Bn 和Sc值的单位是WdegC/m3 (瓦摄氏度/立方米)Bn = Heat flux magn itude x Temperature gradie nt magn itude x sti ng bottle necks.高Bn值说明，大量的热量试图穿过大的热阻毋庸置疑，这些就是散热障碍”，而且它们 通常还与高温度梯度共存。

任意点捷径值的标量是热通量和温度梯度矢量的正交值Sc数值大，说明区域内的热量没 有直接向温度更低的区域移动这些区域是创建新的传热路径的区域现实结果:0.433□J4400055 -er.c-omSc Number Distribution八” 0.811 -图: 电路板上的 Sc 值分布云图(不是温度云图)红色区域说明的是改进散热路径最佳的机会所在图2说明Sc的概念从温度分布的立场来观察这个电路板，BGA设备的高温区域可能会 被标注上代表“过热”的颜色，通常是桔色或红色但是图 2 并不是热分布云图它显示的 是Sc值，因此红色区域代表的不是温度，而是一个区域，如果创建更好的传热路径，该 区域收益最大Sc云图说明，局部对流传热相对有效，因此它就提出了新的改进机会：降 低温度可通过添加强制冷却手段- 一个常见的翅片散热器设计项目中，Bn分析精确定位问题区域，Sc分析则突出解决方案结果是在BGA内结温 (Tj)极大地降低在另外一个项目中，根据原始Sc分析的建议，在机箱内焊接一个类似的元件(散热器)， 将Tj降低了 74%；在第二次Sc分析后，根据建议，设计一条更为周全的散热路径，结温 在第一次改进基础上进一步降低了 58%。

工程师面对各类产品中越来越复杂的布线和热密度，所以热仿真现已成为电子设计的常规 程序FloTHERM 9版本能方便地检测出散热障碍和散热捷径，为现今各类时间紧凑、预 算紧张的设计项目提供了无价的便利 (end)。