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基于Icepak的单板热设计方法研究

作　者: 莫世佳
导　师: 王健
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 分析仪器热设计 PCB设计准则 Icepak 密闭系统
分类号: TN41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 14次
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内容摘要

分析仪器是仪器仪表中重要的组成部分，实现对物质成分的鉴别和测定，主要分为光谱、色谱、质谱等三大类产品。随着现代微电子学、微加工技术、信息技术、新型材料和计算机科学等高新技术的发展，分析仪器向着模块化、微型化、智能化的方向发展，迫使芯片的体积越来越小，印刷电路板的密度越来越高，系统的工作频率越来越快，使得分析仪器也面临着所有电子设备设计必然要面对的问题：散热问题。分析仪器分为在线、便携式和实验室等类型，与传统的单板热设计方法有所不同，在线式仪器和便携式仪器往往有防爆和IP防护的要求，且不能靠风扇、冷板等传统散热工具散热。因此针对分析仪器的热设计特点，需要专门研究分析仪器中的单板的热设计方法。作者通过一年多的学习和实践，应用Icepak仿真软件，首先研究了PCB设计的走线、覆铜、过孔等要素对散热的影响，并提炼出了热设计准则，然后将其应用于分析仪器中的典型单板——功率驱动板进行热设计仿真，并通过严谨的实验验证了设计准则。其次，改变功率驱动板的板材，模拟不同板材同一电路的散热特性，分析了在要求更高的工作环境下，通过板材的改变能给分析仪器带来更好的散热设计。最后，用实际案例验证了分析仪器在密闭系统下如何通过热仿真分析理清热设计思路，达到设计的指标要求，真正将热设计准则及热仿真应用到了实际的案例分析项目方案中。研究成果对于指导分析仪器尤其是在线分析仪器的热设计，从而提升产品质量，具有重要的意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-14
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外发展现状  10-12
  1.3 本文研究主要内容  12-14
第二章 ICEPAK 仿真工具介绍  14-17
  2.1 主流热仿真分析软件介绍  14
  2.2 ICEPAK 的特点及功能  14-15
  2.3 ICEPAK 仿真的模型介绍及仿真流程  15-16
  2.4 本章小结  16-17
第三章 PCB 设计中的热设计准则  17-28
  3.1 电子设备温升的原因和影响  17
  3.2 层叠结构对 PCB 散热的影响  17-20
  3.3 铜箔面积对 PCB 散热的影响  20-22
    3.3.1 以芯片为中心铺铜仿真  20-21
    3.3.2 器件单边延伸铺铜仿真  21-22
  3.4 板上过孔对 PCB 散热的影响  22-27
    3.4.1 热过孔个数的影响  25
    3.4.2 连接方式的影响  25
    3.4.3 填充材料的影响  25
    3.4.4 热过孔参数设置的影响  25-27
  3.5 PCB 设计中的热设计准则总结  27
  3.6 本章小结  27-28
第四章分析仪器功率驱动板的热设计实例分析及测试  28-40
  4.1 功率驱动板系统简介  28-29
  4.2 功率驱动板功率器件说明  29-31
  4.3 功率驱动板优化热设计及实验测试  31-36
    4.3.1 热设计优化方案  31-34
    4.3.2 实验测试数据验证  34-36
  4.4 不同板材下功率驱动板的热仿真分析  36-39
    4.4.1 陶瓷材料制板材  36-37
    4.4.2 金属材料制板材  37-39
    4.4.3 仿真数据整理总结  39
  4.5 本章小结  39-40
第五章分析仪器密闭系统下单板的热设计方法及实验测试  40-48
  5.1 LGA-6000 项目案例介绍  40-41
  5.2 设计需求指标  41
  5.3 热设计优化方案  41-45
    5.3.1 热仿真分析  42-43
    5.3.2 PCB 设计改进  43-45
    5.3.3 热设计方案总结  45
  5.4 实验结果分析  45-47
  5.5 案例总结  47
  5.6 本章小结  47-48
第六章总结与展望  48-50
  6.1 总结  48-49
  6.2 展望  49-50
致谢  50-51
参考文献  51-55
附录  55

基于Icepak的单板热设计方法研究

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