电子设备的小型化趋势正在持续添加一切封装等级的功率密度。设备小型化源于下降本钱考虑，这也是许多职业的要害驱动要素，其成果便是规划裕量越来越少，对过度规划的容忍度越来越低。这一点关于产品的物理规划来说特别精确，由于过度规划会添加产品的分量和体积，许多时分还会添加制作和拼装本钱，然后添加终究产品的本钱。

　　有用散热关于电子产品的安稳运转和长时刻可靠性而言至关重要。将部件温度控制在规矩规划内是确认某项规划可接受程度的通行规范。散热处理方案可直接添加产品的分量、体积和本钱，且不具有任何功用效益，但它们供给的是产品可靠性。假如没有散热体系，大部分电子产品用不了几分钟就会产生毛病。漏电流以及由此产生的漏电功耗会跟着芯片尺度缩小而上升;此外，由于漏电与温度密切相关，因而产品热规划就愈加重要，正如需求为物联网(IoT) 设备坚持电量相同。

　　那么，企业中的工程管理人员应怎么介入触及杂乱和/或高功率电子部件的产品开发流程才干保证其产品既坚持应有的热功用又满意其他规划要求呢?

　　要回答这个问题，咱们需求评论电子产品热规划范畴面对的以下 10 个要害难题。

　　电子散热(或称为热规划)其实是一个适当小众的细分范畴。二十年之前，热规划通常是企业中的会集规划活动，配有热专家团队，成员首要是具有热传递常识布景的机械工程师，为一切业务部门供给热规划服务。其时，产品的机械部分(包含任何散热处理方案)与电子部分是独立进行规划的。那时的产品开发速度十分缓慢，由于大部分精力依然放在产品的物理样机研讨，用于纠正规划完结后或许出现的问题。但今日，热规划作为一个学科范畴或许由担任某个产品规划的跨学科团队中由一个或多个成员来完结(具体视公司或职业状况而定)。

　　关于那些以保证产品热运转正常为己任的规划师来说，热规划既可所以专职作业，也可所以兼职作业;他们或许是一起进入产品机械的通才(而非热处理专家)，也或许是电子专业工程师。

　　在企业或业务部门内考虑优化热规划事宜时，应考虑团队成员的专业布景和实践技能。由于其专业布景各异，或许需求各不相同的热规划东西来发挥各自的最大功率。因而，从规划东西的视点考虑，一定要量体裁衣，不能一刀切。

　　为什么最初热规划人员都来自机械或电气专业布景?部分原因在于历史上企业对热规划的一向观点，以及因而而产生的热规划怎么与其他规划活动相结合的问题。

　　在部分企业中，热规划或许被视为PCB规划流程的一部分，与首要的电子规划并行，特别是规划用于规范插 架的产品时;在此状况下，承当热规划使命的则或许是电子工程师，习气运用 EDA 东西，例如 Mentor 公司的Xpedition Enterprise [1]。此刻，最好为他们供给根据 EDA的PCB仿真处理方案套件，例如 Mentor 公司的HyperLynx 产品，其间包含有热剖析模块，当然还有规划规矩查看、电源完整性、信号完整性、三维电磁以及模仿仿真等。

　　而在另一方面，热规划或许被视为与产品机械规划部分并行，这一点在传统职业(例如轿车职业)较为遍及，由于这些产品中的电子成分一向添加缓慢，直到最近几年。在此状况下，承当热规划使命的则或许是轿车工程师、机械工程师或产品工程师，习气在企业 PLM 环境下运用高端干流的 MCAD 东西集，例如达索体系集团的 CATIA V5 或 SolidWorks、PTC 公司的 Creo 或西门子的 NX等。此刻，最好为他们供给直接嵌入在 MCAD 体系中的热规划处理方案，一来对他们驾轻就熟，二来刚好与企业现有作业流程完美符合。Mentor 公司的三维核算流体动力学 (CFD) 剖析处理方案 FloEFD [2] 现已植入上述一切 MCAD 体系，并与欧特克 Inventor 和西门子 SolidEdge 严密集成，供给专门的支撑模块用于电子散热和 LED 照明等运用。

　　从更广义的视点来看，热规划应坐落上述首要 EDA 和 MCAD 规划流程之间的某个方位。承当热规划的人员或许是一个一起具有机械和电子专业布景的混合人群，他们需求运用上述两种东西集生成的数据，但又对其运转知之甚少。关于这群人，独立运转且与上述首要规划流程进行无缝集成的处理方案应该是最佳挑选。传统的 CFD 电子散热软件便是针对这一工程师集体和环境规划的。Mentor 公司的 FloTHERM 套件中包含FloTHERM、FloTHERM XT 、FloTHERMPCB和 FloTHERM PACK，并辅以FloMCAD.Bridge 、FloEDA.Bridge 和Command Center，供给最全面、最归纳的东西集。

　　咱们现已了解工程师和规划环境关于热规划的有用运作会产生怎样的影响了。其实，正在研制中的产品其所属类型及未来产值对热规划相同有影响。

　　在传统职业中(例如航空、核能、轿车等)，CFD 软件一向用于剖析研讨产品的功用，首要原因是产品的规划时刻相对较长，对安全性和可靠性的要求要高于本钱和功用。这些职业中电子设备的热规划当然也会遭到这些要素的影响，重视要点下降元器件温度，留出充沛的安全裕量，规划值往往低于其额定值以延伸产品运用寿命。因而，规划人员花费很多规划精力用于添加散热体系的冗余，以致于假如电扇产生毛病，体系仍能在规矩规划内坚持正常运转，并且替换电扇能够在体系运转状态下进行。

　　而关于今日的高量产消费类电子产品来说，本钱和功用则成为首要决议要素。跟着更新换代的脚步不断加速，产品的规划周期也被很多紧缩，从概念规划到最后投产仅用数个月。尽量下降产品单位本钱成为规划活动的首要方针，这就需求对规划空间进行细心研讨探究，保证挑选最具本钱效益的散热处理方案，挑选时要考虑来自规划各个方面的影响，例如封装挑选、PCB 布局、电路板架构以及围护规划(包含电扇尺度、方位、通风口定位等)。有关这方面的更多评论详见参考文献 [3-7]。这种共同而又具压倒性的要求(快速剖析与规划空间探究)引发了商场对电子设备散热专用 CFD 软件的研制热潮，这一潮流从上世纪 80 一向持续至今。这些处理方案将不同的 CFD 技能运用于传统的贴体式 CFD 程序，然后完成快速生成榜首成果，然后则以更快的速度进行规划迭代。

　　这种技能的一大要害优势是，对热模型的任何修正，包含几许尺度更改、网格区分、处理方案以及对成果的后期处理等，可悉数完成主动处理。这样就供给了一个其他无可对抗的功用，既能够持续探究规划空间优化，一起又能开释名贵的工程资源用于价值更高的活动。

　　Mentor 公司的 FloTHERM 套件辅以 Command Center，可为用户供给根据空间填充用拉丁超立方体的核算机仿真实验规划 (DoCE)、次序优化 (SO) 和呼应面优化 (RSO) 等。其间选用 SO 和 RSO 猜测的优化规划方案可主动进行仿真以保证其功用体现与猜测共同(见图 5 所示)。FloTHERM XT 中内置的实体模型器也具有相似功用，可进行以 CAD 为中心的参数化研讨。

　　图 5：指挥中心场景表(其间显现的是已处理的规划以及 RSO 最佳成果和呼应面)

　　产品规划小型化的整体趋势催生了日益杂乱和杂乱的几许模型，加深了产品中机械成分与电子成分的严密集成，其间最为典型的便是移动运用，代表产品包含智能手机和平板电脑等。

　　规划小型化在产品等级的一个成果便是活动空间被大幅紧缩，然后约束了对流散热的规划。这些小型空间会导致内部空气出现层流化活动，其湍流强度由槽壁生成的剪切力决议(一起影响着湍流生成与湍流阻尼)，这实践上减少了捕捉湍流效应数值的需求。跟着时刻推移，空气中的升温关于 IC 封装体内部结点升温起伏(高于环境温度)的影响会越来越小;

　　反过来说，产品小型化趋势对以下方面的要求日益进步：几许模型精度、材 料、外表特性捕获、外表间辐射以及(在某些运用中)太阳能辐射等。电源层与接地层中的电流密度以及直流走线现已到了适当严重的境地，其已成为电路板中的热源，在后期规划中不得不加以仔细考虑。上述这些技能性改变将带来日益添加的需求，那便是将热模型与机械 CAD 和根据 EDA 的东西集、以及它们所描绘的几许模型一起完成集成。更小型的功用及芯片封装尺度(规划上与电路板上用于信号传递和功率输出的铜皮功用相相似)则需求选用相应的、高水平的细节来出现。

　　跟着机械与电气规划学科的逐步交融，加上产品小型化的发展趋势，这就要求在一个规划流程中进行的更改有必要及时反应到其他流程中。传统的面向 PCB 规划的二维办法现已取得明显增强，能够运用三维视图、库和各类 DRC 选项(由 Mentor 公司的 Xpedition Enterprise VX 供给)。

　　FloTHERM XT 内置了 MCAD 内核，能够导入使用前述一切干流 CAD 渠道生成的原始 CAD 几许模型。经由FloTHERM XT 修正过的零件能够选用同一原始 CAD 格局导出并从头导入至本来的 MCAD 环境，保证零件历史数据得以无缺保存。

　　FloTHERM XT 支撑与其他公司的 EDA 规划套件完成同步，例如Cadence、Zuken、Altium 以及其他 ODB++ 处理方案联盟成员企业 [9]。功用包含对电路板外形进行修改、对元器件进行转化、恣意视点旋转、恣意调整尺度等，还支撑 IDF 导入。

　　与 EDA 和 MCAD 体系完成近乎完美的集成是现在热规划与其他规划作业流程有用坚持共同的前提条件，但就其本身而言，这还远远不够。

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