FloTHERM優(yōu)化電子設備熱設計

　　一、概述

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

　　不同于其他熱仿真件，FloTHERM是一款專(zhuān)為各類(lèi)電子應用而打造的分析工具，其應用行業(yè)包含：

　　◎電腦和數據處理;

　　◎電信設備和網(wǎng)絡(luò )系統;

　　◎半導體設備，集成電路(ICs)以及元器件;

　　◎航空和國防系統;

　　◎汽車(chē)和交通運輸系統;

　　◎消費電子。

　　FloTHERM以專(zhuān)業(yè)、智能和自動(dòng)而著(zhù)稱(chēng)，區別于其他傳統分析軟件。這些功能可協(xié)助熱設計專(zhuān)家們將產(chǎn)能最大化，幫助機械設計工程師將學(xué)習過(guò)程減到最少，并為客戶(hù)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(shí)間，投資FloTHERM所帶來(lái)的收益就是投資成本的數倍，公司規模越大，成本回收的速度越快。用戶(hù)可以從以下方面體驗到使用FloTHERM解決電子熱設計問(wèn)題所帶來(lái)的驚人利益：

　　◎生產(chǎn)硬件前解決熱設計問(wèn)題;

　　◎減少重新設計工作，降低每單位產(chǎn)品成本;

　　◎增強可靠性和提高整體的工程設計程度;

　　◎顯著(zhù)地縮短上市時(shí)間。建模功能#e#二、建模功能

　　1.SmartParts

　　FloTHERM軟件提供了專(zhuān)門(mén)應用于電子設備熱分析的參數化模型創(chuàng )建宏(SmartParts)，能夠迅速、準確地為大量電子設備建模。SmartParts技術(shù)應用范圍：散熱器、風(fēng)扇、印刷電路板、熱電冷卻器、機箱、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(lái)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(shí)間，并最大化結果的精準度。

　　主要功能包括：

　　◎SmartParts完整集群(參數化模型創(chuàng )建宏);

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

　　◎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(shí)大大提高計算效率和處理復雜結構的能力;

　　◎模型庫包含數千種器件和基本形體的FloTHERM模型，如風(fēng)扇、鼓風(fēng)機、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)內最優(yōu)秀的MCAD和EDA(Electronics Design Automation，電子設計自動(dòng)化)接口。FloTHERM不僅可兼容Pro/ENGINEER、Solidworks、CATIA以及其他主流MCAD軟件數據，還支持模型的導入和導出。另外，FloTHERM的EDA接口不但支持EDA軟件的IDF格式PCB板模型導入，還可直接通過(guò)接口讀入Allegro、Board Station以及CR5000等軟件的走線(xiàn)、器件參數以及過(guò)孔等詳細模型。

　　3.網(wǎng)格

　　FloTHERM采用正交網(wǎng)格技術(shù)——當今最穩定的高效數值求解網(wǎng)格技術(shù)，同時(shí)采用先進(jìn)的非連續嵌入式網(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(shí)進(jìn)一步細化網(wǎng)格，將求解時(shí)間縮至最短。

　　FloTHERM軟件配有專(zhuān)門(mén)針對于電子散熱行業(yè)的半自動(dòng)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(gè)步驟，用戶(hù)可控制網(wǎng)格細化程度。該技術(shù)直觀(guān)簡(jiǎn)潔，滿(mǎn)足了工程師專(zhuān)注于設計的需求。

　　操作傳統CFD軟件需要大量時(shí)間和專(zhuān)業(yè)技術(shù)，相反，FloTHERM網(wǎng)格生成快捷，網(wǎng)格質(zhì)量穩定。同時(shí)，FloTHERM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(shí)重新生成網(wǎng)格。

　　三、求解器和優(yōu)化設計

　　1.參數化分析和優(yōu)化

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

　　FloTHERM通過(guò)計算所有相關(guān)結果的響應面而擴展了這個(gè)優(yōu)化功能。響應面法優(yōu)化(RSO)是從DOE結果中分離出來(lái)的數值方程，實(shí)時(shí)評估設計空間內任意位置的熱設計方案。用戶(hù)可將實(shí)時(shí)二維和三維云圖與響應面結構結合，通過(guò)滑動(dòng)標尺設置設計參數數值。響應面也完全支持用戶(hù)自定義成本函數的數學(xué)最優(yōu)化，不需要求解額外實(shí)例，就可評估最優(yōu)求解方案。

　　同時(shí)也可執行成本函數的自動(dòng)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(wú)誤地選出并確定最優(yōu)熱設計求解方案。循序優(yōu)化可幫助理解設計約束(如最高元件溫度)，并將這些信息包含在軟件自動(dòng)選取的最優(yōu)方案中。如圖2所示。