HyperLynx Thermal - oprogramowanie do analizy termicznej płytek drukowanych

Wzrost temperatury komponentu elektronicznego o 10°C w zakresie powyżej 100°C powoduje zmniejszenie współczynnika MTBF (Mean Time Between Failure) o 50%. HyperLynx Thermal dostarcza narzędzia pozwalające rozwiązać problemy narażeń termicznych już na etapie projektu obwodu PCB.

Symulacja rozkładu temperatury pozwala zarówno wykryć przekroczenie wartości dopuszczalnych dla poszczególnych komponentów i złączy, jak wyeliminować ryzyko wyginania się podłoża wraz ze wzrostem temperatury.

Przedmiot analizy i warunki środowiskowe

HyperLynx Thermal może importować i analizować płytki jednostronne, dwustronne i wielowarstwowe, także o nieregularnych kształtach. W trakcie analizy możliwe jest "przesuwanie" płytki w różne miejsca wewnątrz obudowy, umieszczanie na niej dodatkowych płytek rozszerzających oraz przesuwanie komponentów.

Odprowadzanie ciepła z poszczególnych komponentów i najbardziej zagrożonych obszarów płytki może być realizowane poprzez mocowanie na niej radiatorów i wentylatorów. W trakcie analizy modelowany jest wpływ grawitacji, ciśnienia atmosferycznego i kierunku przepływu powietrza. Płytka może być umieszczona w zamkniętej komorze z wymiennikiem ciepła lub bez oraz w otwartym otoczeniu z wymuszoną konwekcją.

Szybka, precyzyjna symulacja

HyperLynx Thermal uwzględnia przestrzenny model rozkładu ciepła oparty na przewodnictwie, konwekcji i promieniowaniu. Dokładność, potwierdzana przez użytkowników oraz analizowana podczas testów w komorze klimatycznej i metodami obrazowania w podczerwieni, wynosi ±10%.

Metoda różnic skończonych oraz lokalne, samodopasowujące się siatki numeryczne wykorzystywane w obliczeniach pozwalają na uzyskanie krótkiego czasu symulacji przy dużej dokładności. Czas symulacji termicznej płytki z 200 elementami zajmuje mniej niż 10s na średnio wydajnym komputerze PC.

Profile analizy termicznej

Profil temperatury
Szybki podgląd profilu temperatury projektowanej płytki PCB z uwzględnieniem przewodzenia, konwekcji i promieniowania jest pomocny w dochodzeniu do optymalnego rozwiązania przy potencjalnym zagrożeniu przegrzewania się elementów.

Jeśli kilka komponentów generuje wysoką temperaturę, a sąsiedni obszar jest chłodny, rozwiązaniem może być zastosowanie grubszej warstwy miedzi. Jeśli zaś sąsiedni pakiet także jest gorący, należy wykorzystać inne sposoby transferu ciepła.

Kontrola przekroczenia reguł termicznych
Potencjalne uszkodzenie elementu z powodu przegrzania jest uzależnione od kilku czynników, takich jak rodzaj materiału, procesy produkcyjne czy środowisko pracy. HyperLynx Thermal udostępnia projektantom narzędzie do szybkiego poszukiwania miejsc naruszenia reguł temperaturowych na całej powierzchni płytki PCB.

Gradient temperatury
Duży gradient temperatury wywołuje znaczne naprężenia mechaniczne związane z rozszerzalnością termiczną materiału, co może skutkować pęknięciem lub wypaczeniem płytki. HyperLynx Thermal ostrzega przed tym zagrożeniem, pokazując mapę gradientu temperatury na całej powierzchni.

Konfiguracja, konwersja i modele elementów

HyperLynx Thermal jest dostarczany z bazą 2500 modeli elementów. Nowe modele mogą być tworzone w ciągu kilku minut na podstawie kart katalogowych. Możliwy jest eksport bezpośredni z programu Mentor Graphics Expedition, a poprzez wykorzystanie formatu IDF także z PADS PCB, Cadence Allegro, OrCAD Layout, Cadstar, Vistula, Protel i PCAD.

Różnorodność zastosowań

W trakcie 10 lat prac projektowych możliwości analityczne HyperLynx Thermal zoptymalizowano tak, aby sprostać wymogom wielu specyficznych zastosowań i gałęziach przemysłu.

Przemysł samochodowy
W samochodowych aplikacjach typowy jest przepływ dużych prądów przez grube ścieżki na płytce drukowanej, co powoduje wydzielanie się znacznych ilości ciepła. Sytuację tę zilustrowano na zdjęciu obok.

Awionika i przemysł kosmiczny
Kolejne zdjęcie pokazuje rozkład temperatur na typowej płytce wykorzystywanej w aplikacjach satelitarnych. Analizowane jest tu promieniowanie cieplne na płycie wraz ze śrubami i mocowaniami pakietu na górnej i dolnej krawędzi, przewodzącymi ciepło do radiatora.

Przemysł komputerowy
Zdjęcie obok pokazuje rozkład temperatur na płycie głównej komputera. Są to płyty dość duże, gęsto obsadzone elementami i zawierające mikroprocesor wydzielający znaczne ilości ciepła. Wykorzystując HyperLynx, można modelować wentylator, radiator, lokalne ukształtowanie strumieni powietrza oraz inne metody chłodzenia konwekcyjnego.

Telekomunikacja i automatyka przemysłowa
Kolejne zdjęcie pokazuje rozkład temperatury na płycie zamontowanej w kasecie, zawierającej radiatory rozmieszczone na wielu komponentach.

Zasilacze
Zasilacze dużej mocy zwykle zawierają wysokie elementy, które rozpraszają na sobie znaczne ilości ciepła, zarazem ograniczając przepływ powietrza. Na zdjęciu obok widoczny jest rozkład temperatur na płytce z poziomo umieszczonym zasilaczem z naturalnym chłodzeniem konwekcyjnym.

Pomimo że zawiera on transformator dużej mocy, jego temperatura pozostaje niska ze względu na dużą powierzchnię i naturalną konwekcję. Najgorętsze komponenty sprawiają wrażenie rozpraszania niewielkiej mocy.

HyperLynx Thermal stanowi integralną część pakietów Expedition PCB i Pads ES. Równocześnie występuje jako niezależne oprogramowanie, które może współpracować z większością popularnych na rynku środowisk do projektowania obwodów PCB.

Więcej informacji na temat HyperLynx Thermal znajduje się na stronie producenta: www.mentor.com/products/pcb-system-design/circuit-simulation/hyperlynx-thermal

Gamma
www.gamma.pl