案例应用丨 电热协同仿真分析实例：在真实服务器板上添加汇流条的仿真应用

随着消费类电子产品功能需求的日渐增长，PCB载流需求也日益增大，导致热管理问题尤为突出。局部电流密度过大、板子温升过高等情况对电子产品的稳定性和功能性将产生不可忽略的影响。过大的载流导致温升过高，而过高的温升又将带来更大的功耗，形成反复相互作用的恶性循环，轻则元器件效率降低，重则板子完全失效。

如何在不影响原有设计思路的前提下，规避这类潜在隐患成为工程师们关注的重点。在此背景下，添加汇流条的方案应运而生。电热协同仿真软件PhysimET顺应广大用户需求，致力于解决这一痛点，独家支持在PCB上添加多类汇流条进行仿真。

产品介绍

PhysimET&PhysimML

电热协同仿真软件PhysimET是PhysimML多物理场平台的重要组成部分，其支持添加汇流条进行直流电热仿真，最大程度还原实际应用场景，具有高度的灵活性和广泛的适配性。

PhysimML是芯瑞微(上海)电子科技有限公司推出的具有自主知识产权的多物理场仿真平台。通过该平台，用户能够完成多层设计结构的仿真分析，涵盖PCB与封装的电、热、电热、电热应力以及电热磁等多物理场。一站式解决板级、封装级的多物理场仿真场景，PhysimML能够帮助用户快速定位问题，预测潜在的设计隐患，进而优化产品设计，降低设计成本，缩短开发周期，提高电子产品的市场竞争力。

添加汇流条——作用与设计

汇流条作为一种金属几何结构，主要用于辅助载流和散热，尺寸和形状根据用户需求定制。通过PhysimET，用户能够快速、高效、低成本的分析PCB正常或极限运作状态下的电气、散热特性，进而规划汇流条的最佳布局，有效减小电流热点、降低温度热点，辅助用户选择合适的散热方案，以确保PCB在长时间高负载工作下能够保持稳定的工作温度，避免在生产阶段出现问题后需要重新设计或更换零部件的情况。这不仅节约了前期的设计成本和后期的调整、维护成本，还有效提高电子产品的安全性、可靠性、效率性和功能性，加速产品的迭代周期，提升市场竞争力。

实例演示——步骤与分析

本文将以实例演示如何使用PhysimET对PCB添加汇流条实现板级电热协同仿真。本案例基于一个大型服务器的PCB，切割出其中一部分，从实际应用场景出发，向用户展示真实、可靠且常见的大型服务器板级仿真，验证汇流条的重要性和实用性。

仿真设置步骤

01

案例模型导入
选择需要仿真的案例并将其导入，此案例基于某大型服务器的PCB中的一部分，导入后模型如下图所示。

案例TOP层设计视图

02

修改仿真材料信息
检查叠层信息和相关材料，将所有仿真涉及到的材料修改为具有电热属性的材料。PhysimET材料库包含了大部分常用的材料，可供用户选择。

材料库界面展示

03

构建电源回路

本案例的电路模型由一个源端和两个载端构成，设置源端电压值为12V;两个载端各载流50A。

仿真电气模型参数设置示意图

04

提取电源树

随后提取电源树查看电路连接情况。

电源树

05

分析设计布局，添加汇流条

通过分析此真实服务器案例的设计布局，发现其电源网络的部分铜皮覆盖面积较窄，如下图所示。然而此路径要通过的载流高达100A，这势必会导致狭窄的铜皮路径区域电流密度较大、温度也较高，因此选择一个在不影响原有设计并能优化此潜在隐患的方案，即添加汇流条。

 

狭窄铜皮区域示意图

在本案例的狭窄电源网络铜皮上添加38根尺寸、高度不一，物料为铜的汇流条，通过PhysimET的汇流条设置界面，仅需10秒就可以完成所有设置，添加完汇流条的案例2D模型视图如下。

2D视图下TOP层汇流条布局

设置完成后查看板子和汇流条一体化的3D模型，如下图所示。

Top层的汇流条布局3D示意图

Bottom层的汇流条布局3D示意图

06

热仿真场景设置

本案例的仿真场景为添加汇流条的裸板焦耳热仿真，在软件设置界面选择Joule heating only即可。

热仿真场景设置

07

设置热仿真条件

本案例为自然对流下的裸板焦耳热仿真，环境温度为25度，如下图所示。

热仿真条件设置

对比分析

以上是所有的仿真设置步骤。仿真结束后，通过对比添加汇流条前后的电流密度仿真结果云图，可以明确观察到汇流条起到了显著的辅助载流作用。

 

添加汇流条前后的电流密度结果对比

 

对比添加汇流条前后的功耗结果，可见添加汇流条后功耗降低了18.6W。

添加汇流条前后功耗、温度结果

在仿真时PhysimET会将PCB和汇流条共同建模进行全3D网格剖分，使仿真模型无限接近于实际物理模型，确保最终仿真结果的准确度和可信度。

添加汇流条后的案例模型3D网格剖分示意图

对比添加汇流条前后的温度分布结果，可以得到以下结论：如下图所示，在未添加汇流条前，板子中的狭窄铜皮区域显示出明显的高温分布，介于68度至77度之间。相比之下，添加汇流条后，同一区域的温度分布显著降低至40度至50度之间，且温度的分布趋势也有显著的变化。由此可见，汇流条的引入十分有效地优化了温度分布和散热方案。

温度结果分布云图

总结

在Layout View中，PhysimET支持以2D视角切换叠层，查看汇流条的位置以及设计的布局。相比于3D，2D的可视化效果更为突出，能够更清晰的展示每一层的设计和仿真设置，有助于用户及时发现和解决问题。

同时，针对这类大规模的仿真模型，3D平台处理效率低且易出现卡顿，影响用户的体验，而2D平台处理这类场景则更为丝滑、流畅、高效，其效率和使用体验是3D平台无法比拟的。

在使用PhysimET进行仿真的全过程中，不论是过孔、汇流条或是其他的外部结构，均采用全3D网格剖分技术，将汇流条等外部结构和PCB整合建模后共同进行网格剖分，高质量还原物理模型，从而有效保证了这类仿真场景下的数据可靠性以及准确性。
 

敬请期待 and more…

若您对其他汇流条的仿真应用实例感兴趣，可参考之前发布的仿真推文中的汇流条案例系列。

案例应用|PhysimET对PCB板添加汇流条的散热效果分析(上)

案例分享|PhysimET仿真场景汇流条系列(下)

PhysimET对于板级汇流条仿真的支持不仅限于此，未来还将展示更多种类的汇流条应用场景，敬请期待。