FloTHERM優(yōu)化電子設(shè)備熱設(shè)計

　　一、概述

　　FloTHERM是一款強(qiáng)大的應(yīng)用于電子元器件以及系統(tǒng)熱設(shè)計的三維仿真軟件。在任何實體樣機(jī)建立之前，工程師就可以在設(shè)計流程初期快速并簡易地創(chuàng)建虛擬模型，運行熱分析以及測試設(shè)計更改。FloTHERM采用先進(jìn)的CFD(計算流體力學(xué))技術(shù)，預(yù)測元器件、PCB板以及整機(jī)系統(tǒng)的氣流、溫度和傳熱，如圖1所示。

　　不同于其他熱仿真件，F(xiàn)loTHERM是一款專為各類電子應(yīng)用而打造的分析工具，其應(yīng)用行業(yè)包含：

　　◎電腦和數(shù)據(jù)處理;

　　◎電信設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);

　　◎半導(dǎo)體設(shè)備，集成電路(ICs)以及元器件;

　　◎航空和國防系統(tǒng);

　　◎汽車和交通運輸系統(tǒng);

　　◎消費電子。

　　FloTHERM以專業(yè)、智能和自動而著稱，區(qū)別于其他傳統(tǒng)分析軟件。這些功能可協(xié)助熱設(shè)計專家們將產(chǎn)能最大化，幫助機(jī)械設(shè)計工程師將學(xué)習(xí)過程減到最少，并為客戶提供分析軟件行業(yè)最高比率的投資回報率。

　　在中小型企業(yè)，一年時間，投資FloTHERM所帶來的收益就是投資成本的數(shù)倍，公司規(guī)模越大，成本回收的速度越快。用戶可以從以下方面體驗到使用FloTHERM解決電子熱設(shè)計問題所帶來的驚人利益：

　　◎生產(chǎn)硬件前解決熱設(shè)計問題;

　　◎減少重新設(shè)計工作，降低每單位產(chǎn)品成本;

　　◎增強(qiáng)可靠性和提高整體的工程設(shè)計程度;

　　◎顯著地縮短上市時間。建模功能#e#二、建模功能

　　1.SmartParts

　　FloTHERM軟件提供了專門應(yīng)用于電子設(shè)備熱分析的參數(shù)化模型創(chuàng)建宏(SmartParts)，能夠迅速、準(zhǔn)確地為大量電子設(shè)備建模。SmartParts技術(shù)應(yīng)用范圍：散熱器、風(fēng)扇、印刷電路板、熱電冷卻器、機(jī)箱、元器件、熱管、多孔板和芯片。

　　SmartParts器件凝聚了Mentor Graphics公司Mechanical Analysis Division 20多年來在電子冷卻建模領(lǐng)域的經(jīng)驗，旨在提高建模效率，最小化求解時間，并最大化結(jié)果的精準(zhǔn)度。

　　主要功能包括：

　　◎SmartParts完整集群(參數(shù)化模型創(chuàng)建宏);

　　◎多級SmartParts器件(同一項目可提供簡約模型和詳細(xì)模型);

　　◎資源管理器樣式的項目管理器，配備拖放功能;

　　◎CAD風(fēng)格、鼠標(biāo)繪制圖板以及拖放功能創(chuàng)建和操作模型;

　　◎多重嵌入式局域化網(wǎng)格，在確保計算精度的同時大大提高計算效率和處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力;

　　◎模型庫包含數(shù)千種器件和基本形體的FloTHERM模型，如風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)、元器件、散熱器、材料和熱界面材料等;

　　◎與物體相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)格模式使建模和網(wǎng)格生成一步完成。

　　2.智能的MCAD與EDA接口

　　FloTHERM擁有業(yè)內(nèi)最優(yōu)秀的MCAD和EDA(Electronics Design Automation，電子設(shè)計自動化)接口。FloTHERM不僅可兼容Pro/ENGINEER、Solidworks、CATIA以及其他主流MCAD軟件數(shù)據(jù)，還支持模型的導(dǎo)入和導(dǎo)出。另外，F(xiàn)loTHERM的EDA接口不但支持EDA軟件的IDF格式PCB板模型導(dǎo)入，還可直接通過接口讀入Allegro、Board Station以及CR5000等軟件的走線、器件參數(shù)以及過孔等詳細(xì)模型。

　　3.網(wǎng)格

　　FloTHERM采用正交網(wǎng)格技術(shù)——當(dāng)今最穩(wěn)定的高效數(shù)值求解網(wǎng)格技術(shù)，同時采用先進(jìn)的非連續(xù)嵌入式網(wǎng)格和Cut Cell網(wǎng)格切割技術(shù)。局域化網(wǎng)格功能可在需要時進(jìn)一步細(xì)化網(wǎng)格，將求解時間縮至最短。

　　FloTHERM軟件配有專門針對于電子散熱行業(yè)的半自動網(wǎng)格技術(shù)。FloTHERM網(wǎng)格與SmartParts緊密關(guān)聯(lián)，網(wǎng)格生成在FloTHERM中處理為建模的一個步驟，用戶可控制網(wǎng)格細(xì)化程度。該技術(shù)直觀簡潔，滿足了工程師專注于設(shè)計的需求。

　　操作傳統(tǒng)CFD軟件需要大量時間和專業(yè)技術(shù)，相反，F(xiàn)loTHERM網(wǎng)格生成快捷，網(wǎng)格質(zhì)量穩(wěn)定。同時，F(xiàn)loTHERM是惟一一款使用與物體相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)格模式的分析軟件，避免了模型修改時重新生成網(wǎng)格。

　　三、求解器和優(yōu)化設(shè)計

　　1.參數(shù)化分析和優(yōu)化

　　基于SmartPart的建模和結(jié)構(gòu)化笛卡爾網(wǎng)格使得FoTHERM模型可采用DOE試驗設(shè)計(Design of Experiments，DOE)技術(shù)。試驗設(shè)計是一種決定設(shè)計參數(shù)(如散熱器翅片個數(shù)和通風(fēng)孔位置等)和結(jié)果(如元器件溫度和風(fēng)扇流量等)之間關(guān)系的結(jié)構(gòu)化方法。FloTHERM采用DOE技術(shù)后，在原始模型基礎(chǔ)上改變設(shè)計變量，求解大量不同參數(shù)的模型，有效地協(xié)助用戶探索廣泛的設(shè)計空間。這為對比不同設(shè)計參數(shù)模型的分析結(jié)果提供了重要信息，從而盡量減少需要求解的模擬模型，同時，這也為采用功能強(qiáng)大的響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計法和順序優(yōu)化法奠定了基礎(chǔ)。DoE優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)用戶設(shè)計的方案，自動計算選優(yōu)。

　　FloTHERM通過計算所有相關(guān)結(jié)果的響應(yīng)面而擴(kuò)展了這個優(yōu)化功能。響應(yīng)面法優(yōu)化(RSO)是從DOE結(jié)果中分離出來的數(shù)值方程，實時評估設(shè)計空間內(nèi)任意位置的熱設(shè)計方案。用戶可將實時二維和三維云圖與響應(yīng)面結(jié)構(gòu)結(jié)合，通過滑動標(biāo)尺設(shè)置設(shè)計參數(shù)數(shù)值。響應(yīng)面也完全支持用戶自定義成本函數(shù)的數(shù)學(xué)最優(yōu)化，不需要求解額外實例，就可評估最優(yōu)求解方案。

　　同時也可執(zhí)行成本函數(shù)的自動循序優(yōu)化(SO)。這種基于梯度的方法將對原始模型不同變量建立新模型并對之運行求解，這種方法能夠無誤地選出并確定最優(yōu)熱設(shè)計求解方案。循序優(yōu)化可幫助理解設(shè)計約束(如最高元件溫度)，并將這些信息包含在軟件自動選取的最優(yōu)方案中。如圖2所示。