[发明专利]一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法

权利要求书

1.一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法，其特征在于：它包含以下步骤：

步骤1：基于数据驱动方法拟合建立PCB热分析参数的等效经验系数公式；

步骤2：建立三维PCB几何模型，获得PCB模型参数；

步骤3：建立三维PCB传热数学模型，完成PCB传热边界条件设置，采用分离变量法推导获得PCB热分析能量守恒控制方程的解析解公式；

步骤4：假定一个温度值作为物理特性的定性温度，基于PCB模型参数和传热边界条件，调用等效经验系数的接口，计算PCB热分析参数；

步骤5：选择一个元器件作为功率热源，调用解析解公式，获得该功率热源的温度场分布；

步骤6：重复步骤5，直至遍历所有元器件，获得所有元器件作为功率热源的温度场分布，将所有温度场分布叠加获得PCB在该定性温度下的温度场分布；

步骤7：根据获得PCB温度场分布计算定性温度，并更新定性温度；

步骤8：重复步骤4-步骤7，直至温度场达到收敛判据，该温度场即计算获得的最终温度场分布；

步骤9：通过插值法获得PCB可靠性评估所需的热分析参数；

步骤10：通过等效热阻公式计算元器件可靠性评估所需的热分析参数。

2.根据权利要求1所述的一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法，其特征在于：

所述步骤1基于数据驱动方法建立PCB热分析参数的等效经验系数公式，包括PCB等效物性参数、流体等效物性参数、对流等效换热系数经验公式、辐射等效换热系数经验公式和等效热阻经验公式，其中PCB等效物性参数的计算采用加权体积法，又包括密度、导热系数和摩尔质量，流体等效物性参数又包括密度、导热系数、动力粘度、运动粘度和普朗特数。

3.根据权利要求1所述的一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法，其特征在于：

所述步骤2建立三维PCB几何模型，获得PCB模型参数，包括：PCB基板厚度、长度、宽度和组成材料，元器件功率，元器件高度、长度、宽度、中心点坐标和组成材料，元器件组装间隙高度，焊点互联高度，焊点键合面积，填充物材料，引脚数量及组成材料。

4.根据权利要求1所述的一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法，其特征在于：

所述步骤3建立PCB能量守恒控制方程和边界条件，根据实际模型和热分析需求，定义换热形式，环境温度和压力，流体流动方向、速度、温度和压力，辐射系数，重力方向；将流体动力学模型和辐射散热模型简化为第三类边界条件，PCB对流和辐射散热由对流和辐射等效换热系数确定；对于传热能量守恒控制方程，可以通过分离变量法获得温度的解析解；通过该方法可以快速获得PCB稳态温度场分布。

5.根据权利要求1所述的一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法，其特征在于：

所述步骤4定性温度的初始值为环境温度，基于工程数据统计获得的换热系数经验公式，确定等效对流和辐射换热经验系数。

6.根据权利要求1所述的一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法，其特征在于：

所述步骤5以每个元器件的温度场分布作为独立的结果形式进行储存和传递，有利于后续PCB可靠性评估的便捷性和拓展性。

7.根据权利要求1所述的一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法，其特征在于：

所述步骤7-8中，通过更新定性温度，进行迭代计算，可以有效地反应PCB模型参数的动态性，提高热分析的结果的准确性。

8.根据权利要求1所述的一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法，其特征在于：

所述步骤9中，PCB可靠性评估所需的热分析参数包括各温度剖面载荷下基板上某一元器件所在位置的最高温度和最低温度，称为该元器件的“基板最高温度”和“基板最低温度”。

9.根据权利要求1所述的一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法，其特征在于：

所述步骤10等效热阻是由步骤1中建立的等效热阻经验公式计算获得，它与元器件的封装类型有关，不同的封装类型对应不同的元器件等效热阻计算公式；元器件可靠性评估所需的热分析参数包括元器件外壳温度和元器件结点温度。