[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

说明书

本发明涉及一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法，步骤包括：基于数据驱动法拟合建立PCB热分析参数的等效经验系数公式；建立PCB三维几何模型；建立PCB三维简化传热数学模型并推导解析解公式；设置模型参数和初始定性温度，调用等效经验系数接口计算热分析参数；计算每一个元器件作为热源的温度场，通过叠加计算PCB温度分布，并更新定性温度；以此进行迭代计算，直至收敛；通过插值法和等效热阻公式分别计算获得PCB可靠性评估所需的热分析参数。本发明在保证热分析精度的基础上，大大简化了模型的复杂度，克服了有限元/有限体积仿真方法耗费时间较长、计算资源较大的缺点，能够较好地解决PCB可靠性评估中动态工作载荷、参数随机性等问题。

所属技术领域

本发明涉及电子产品故障物理分析领域，特别是一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法。

背景技术

近年来，随着电子行业的快速发展，其产品中电路板的集成度和性能在不断提高，随之功耗也成倍增加，电路板上局部高温会导致其性能与可靠性下降，甚至造成物理损坏。如果能在设计阶段对电路板进行热分析，获得一定工作状态下的电路板的温度场，用于评估其寿命，并开展优化设计，能够有效地提高电路板的寿命及可靠性。因此，集成电路板的热分析技术是电子技术发展的关键技术之一。

电路板中的传热方式主要包括传导、对流、辐射，现有的计算流体动力学(CFD)建模仿真方法能够科学准确地对电路板进行热分析。但是鉴于模型的复杂性，通常有限元/有限体积建模仿真方法需要花费较长的时间和较大的计算资源，且通常需要借助第三方仿真软件，如Fluent、Comsol等。另外，对于集成电路板的可靠性评估，由于涉及到动态的温度剖面、工作载荷、参数随机性等特征，则需要进行多次的热仿真分析。此时有限元/有限体积法就显得不太适合应用于解决此类问题。鉴于此，有必要给出一种面向电子产品可靠性仿真分析的高效简易热分析方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述面向可靠性评估的电子产品热分析现有技术存在的问题，提出一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法。该方法基于工程数据拟合获得电路板热分析参数的等效经验系数公式，采用分离变量法获得电路板热分析能量守恒控制方程的解析解，即温度场，通过多次计算获得PCB可靠性评估所需参数，进而完成可靠性评估与分析。

本发明提供的一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法，主要包含以下步骤：

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。