PCB厚銅板銅厚與溫升關(guān)系的仿真與實(shí)測(cè)對(duì)比
發(fā)布時(shí)間: 2025-05-26 11:27:57 查看數(shù):一、仿真分析方法
（一）仿真工具選擇
ANSYS SIwave 和 Icepak 是仿真厚銅板銅厚與溫升關(guān)系的優(yōu)秀工具組合。SIwave 可精確建模厚銅板幾何結(jié)構(gòu)、材料屬性，Icepak 能模擬散熱條件，兩者無縫集成，提供準(zhǔn)確仿真結(jié)果。Cadence Sigrity 和 Altium Designer 也具備一定仿真能力，但精度和功能稍遜。
（二）模型建立要點(diǎn)
1. 精確構(gòu)建厚銅板模型：詳細(xì)建模厚銅板各層，包括芯板、銅箔、過孔和絕緣層，準(zhǔn)確設(shè)置銅厚、線寬、線距。例如，為 4oz（140μm）銅厚的厚銅板建模時(shí)，需確保銅箔厚度與實(shí)際一致。
2. 設(shè)置材料屬性：根據(jù)實(shí)際材料，設(shè)定各層熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率。銅的熱導(dǎo)率約 380 - 400W/m·K，F(xiàn)R4 約 0.2 - 0.3W/m·K。
3. 定義邊界條件與載荷：模擬實(shí)際工作環(huán)境，設(shè)置工作溫度范圍、散熱方式（如自然對(duì)流、強(qiáng)迫風(fēng)冷）、加載電流大小和通電時(shí)間。例如，測(cè)試 100A 電流、40℃環(huán)境下的溫升，需準(zhǔn)確輸入這些參數(shù)。
（三）仿真結(jié)果評(píng)估
仿真重點(diǎn)關(guān)注厚銅板溫度分布、熱點(diǎn)位置及溫升值。熱點(diǎn)溫度過高可能影響性能和可靠性，溫升過高會(huì)導(dǎo)致銅箔與基材分層。仿真可評(píng)估不同銅厚的載流能力，為設(shè)計(jì)優(yōu)化提供依據(jù)。
二、實(shí)際測(cè)試方法
（一）測(cè)試樣品制備
根據(jù)仿真模型，制作多塊不同銅厚（如 2oz、4oz、6oz）的厚銅板測(cè)試樣品。確保制程符合設(shè)計(jì)要求，以保障測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
（二）測(cè)試設(shè)備與環(huán)境搭建
選用高精度溫度測(cè)試設(shè)備，如紅外熱像儀，搭配數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。將測(cè)試樣品置于穩(wěn)定環(huán)境的測(cè)試平臺(tái)，精確調(diào)控溫度、濕度和氣流速度，以模擬實(shí)際工作條件。
（三）測(cè)試過程與數(shù)據(jù)記錄
通入設(shè)定電流，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)厚銅板溫度變化，記錄穩(wěn)定時(shí)的溫度分布和熱點(diǎn)溫度。例如，測(cè)試 100A 電流下的溫升，記錄通電 30 分鐘后的溫度數(shù)據(jù)，作為穩(wěn)態(tài)溫升結(jié)果。
三、對(duì)比分析
（一）仿真與實(shí)際測(cè)試結(jié)果對(duì)比
對(duì)比仿真與實(shí)際測(cè)試的溫升結(jié)果，發(fā)現(xiàn)趨勢(shì)一致，但存在偏差。例如，4oz 銅厚厚銅板在 100A 電流下的仿真溫升為 25℃，實(shí)際測(cè)試為 30℃，偏差約 16.7%。此偏差源于仿真模型簡(jiǎn)化、材料屬性和邊界條件的假設(shè)與實(shí)際差異。
（二）偏差原因分析
1. 模型簡(jiǎn)化與假設(shè)：仿真中厚銅板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、材料屬性均質(zhì)化處理，與實(shí)際復(fù)雜結(jié)構(gòu)和非均勻材料屬性有差異。
2. 材料屬性與工藝差異：實(shí)際材料的熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率受工藝影響，與理論值不同。例如，電鍍工藝會(huì)影響銅箔表面粗糙度，進(jìn)而影響熱傳導(dǎo)。
3. 測(cè)試誤差與環(huán)境因素：測(cè)試設(shè)備精度、環(huán)境條件控制精度等也會(huì)影響結(jié)果。例如，溫度測(cè)試設(shè)備的精度通常為 ±0.5℃ - ±1℃，可能帶來一定誤差。
（三）優(yōu)化建議
1. 優(yōu)化仿真模型：細(xì)化模型，精準(zhǔn)定義材料屬性和邊界條件。例如，在 SIwave 中細(xì)化銅箔與基材界面模型，考慮界面熱阻。
2. 改進(jìn)測(cè)試方法：提升測(cè)試精度，嚴(yán)格控制環(huán)境條件。例如，采用更高精度的溫度傳感器，優(yōu)化測(cè)試環(huán)境的溫濕度和氣流速度控制。
3. 設(shè)計(jì)裕量與驗(yàn)證：設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留裕量，仿真與實(shí)際測(cè)試后驗(yàn)證和優(yōu)化。例如，根據(jù)仿真結(jié)果預(yù)留 10% - 20% 的溫升裕量，通過測(cè)試驗(yàn)證后調(diào)整設(shè)計(jì)。
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