FloTHERM優(yōu)化電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)

　　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(jì)的三維仿真軟件。在任何實(shí)體樣機(jī)建立之前，工程師就可以在設(shè)計(jì)流程初期快速并簡(jiǎn)易地創(chuàng)建虛擬模型，運(yùn)行熱分析以及測(cè)試設(shè)計(jì)更改。FloTHERM采用先進(jìn)的CFD(計(jì)算流體力學(xué))技術(shù)，預(yù)測(cè)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(zhuān)為各類(lèi)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(guó)防系統(tǒng);

　　◎汽車(chē)和交通運(yùn)輸系統(tǒng);

　　◎消費(fèi)電子。

　　FloTHERM以專(zhuān)業(yè)、智能和自動(dòng)而著稱(chēng)，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(jì)專(zhuān)家們將產(chǎn)能最大化，幫助機(jī)械設(shè)計(jì)工程師將學(xué)習(xí)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(bào)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(shù)倍，公司規(guī)模越大，成本回收的速度越快。用戶(hù)可以從以下方面體驗(yàn)到使用FloTHERM解決電子熱設(shè)計(jì)問(wèn)題所帶來(lái)的驚人利益：

　　◎生產(chǎn)硬件前解決熱設(shè)計(jì)問(wèn)題;

　　◎減少重新設(shè)計(jì)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(jì)程度;

　　◎顯著地縮短上市時(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(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(lái)在電子冷卻建模領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，旨在提高建模效率，最小化求解時(shí)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(jí)SmartParts器件(同一項(xiàng)目可提供簡(jiǎn)約模型和詳細(xì)模型);

　　◎資源管理器樣式的項(xiàng)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(jì)算精度的同時(shí)大大提高計(jì)算效率和處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力;

　　◎模型庫(kù)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(jì)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(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(guò)接口讀入Allegro、Board Station以及CR5000等軟件的走線(xiàn)、器件參數(shù)以及過(guò)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(shí)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(shí)進(jìn)一步細(xì)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(duì)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(xì)化程度。該技術(shù)直觀簡(jiǎn)潔，滿(mǎn)足了工程師專(zhuān)注于設(shè)計(jì)的需求。

　　操作傳統(tǒng)CFD軟件需要大量時(shí)間和專(zhuān)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(shí)，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(shí)重新生成網(wǎng)格。

　　三、求解器和優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　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(yàn)設(shè)計(jì)(Design of Experiments，DOE)技術(shù)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種決定設(shè)計(jì)參數(shù)(如散熱器翅片個(gè)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?cè)O(shè)計(jì)變量，求解大量不同參數(shù)的模型，有效地協(xié)助用戶(hù)探索廣泛的設(shè)計(jì)空間。這為對(duì)比不同設(shè)計(jì)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(shí)，這也為采用功能強(qiáng)大的響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)法和順序優(yōu)化法奠定了基礎(chǔ)。DoE優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)用戶(hù)設(shè)計(jì)的方案，自動(dòng)計(jì)算選優(yōu)。

　　FloTHERM通過(guò)計(jì)算所有相關(guān)結(jié)果的響應(yīng)面而擴(kuò)展了這個(gè)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(lái)的數(shù)值方程，實(shí)時(shí)評(píng)估設(shè)計(jì)空間內(nèi)任意位置的熱設(shè)計(jì)方案。用戶(hù)可將實(shí)時(shí)二維和三維云圖與響應(yīng)面結(jié)構(gòu)結(jié)合，通過(guò)滑動(dòng)標(biāo)尺設(shè)置設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)值。響應(yīng)面也完全支持用戶(hù)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(shí)例，就可評(píng)估最優(yōu)求解方案。

　　同時(shí)也可執(zhí)行成本函數(shù)的自動(dòng)循序優(yōu)化(SO)。這種基于梯度的方法將對(duì)原始模型不同變量建立新模型并對(duì)之運(yùn)行求解，這種方法能夠無(wú)誤地選出并確定最優(yōu)熱設(shè)計(jì)求解方案。循序優(yōu)化可幫助理解設(shè)計(jì)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。