产品介绍 | 电子散热仿真分析软件(FloTHERM)


来源:贝思科尔          2021/5/8 11:27:32


产品介绍 | 电子散热仿真分析软件(FloTHERM)

一 软件的具体功能、性能指标

用于电子产品系统进行散热仿真分析,采用计算机流体动力学技术(CFD),对系统在层流、湍流或过渡态状态下的导热、对流及辐射情况进行求解,获得系统流动传热的参数分布。在产品设计的最初期,工程师就可以利用它创建虚拟模型,对多种系统设计方案进行评估,识别潜在的散热风险,规避样机试制风险,减少重复设计,缩短开发周期,降低成本。 

FloTHERM 主要应用范围:

  • 元器件级:芯片封装的散热分析;

  • 板级和模块级:PCB 板的热设计和散热模块的设计优化;

  • 系统级:机箱、机柜等系级散热方案的选择及优化、散热器件的选型;

  • 环境级:机房、外太空等大环境的热分析。

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FloTHERM 主要分析和计算模式:

  • 传热分析:全面分析电子系统的热传导、对流及热辐射,分析电子设备内外的温度场和流场等;

  • 流场分析:具备自然冷却、强迫冷却及混合冷却的分析功能;

  • 瞬态分析:具备变化功耗和变化环境的瞬态分析功能能,不但可以进行开机、关机、故障的瞬态分析,同时也能进行变化功耗及环境变化情况下的瞬态分析;

  • 辐射计算:是目前唯一可以全部采用高精度 Monte-Carlo 方法进行辐射计算的电子散热仿真软件,非常适合密闭设备及外太空电子设备的计算;

  • 太阳辐射:可以自动确定太阳的入射角和辐射强度,自动计算太阳辐射的遮挡、吸收、反射、透射、折射, 同时可以分别考虑太阳辐射的吸收率a 与红外发射率e的不同;

  • 液冷分析:可以分析含多种冷却介质的散热系统,如对液冷、风冷同时存在的电子设备或冷板等的热分析;

  • 网格技术:FloTHERM软件采用先进的非连续嵌入式网格技术和 Cut Cell 网格切割技术。FloTHERM软件配有专门针对电子散热行业的自动网格划分技术,可以确保工程师在网格设置上投入的时间远远低于其它软件。FloTHERM 软件的网格不但在质量上更容易得到保证,而且解算时占用的内存和 CPU 资源都比其它软件少四分之三以上。

热仿真软件FloTHERM性能指标参数如下:

  1. 支持EDA 数据导入,如:Xpedition、Pads、Allegro、AD等软件输出的数据;

  2. 支持CAD结构文件(NX/ CREO/ SolidWorks等)导入及结构模型优化处理;

  3. 提供与热阻测试平台的数据自动校准接口,支持热仿真模型的校准优化;

  4. 支持创建模型数据并提供仿真模型库:SamrtPart库;

  5. 支持网格处理和参数优化与目标仿真,支持CC(Command Center命令中心);

  6. 支持多核平行运算和GUI仿真结果处理;

  7. 支持远程计算机求解和软件二次开发拓展;

  8. 支持瞬态仿真。 

二 软件模块介绍

FloTHERM 核心热分析模块(主模块:Simcenter Flotherm Parallel Ap SW):利用它可以完成模型建立、网格生成、求解计算等基本功能;支持多 CPU或多核CPU的FloTHERM软件求解器升级,在多CPU或多核CPU的电脑上可以显著提高 FloTHERM 软件计算速度,减少计算时间,提高热分析效率;

主模块包含如下子模块:

1)Command Center:优化设计模块:进行目标驱动的自动优化设计,可以进行温度场、流场、重量及结构尺寸等方面的自动优化设计:包含 DoE(实验设计法)、SO (自动循序优化法)、RSO(响应面法优化法)等先进优化方法; image.png


2)FloEDA电子电路设计软件(EDA)高级接口:不但支持以IDF, ODB++数据格式导入EDA软件PCB板模型,还有直接接口读入 Allegro(Candence)、 BoardStation 和Expedition (Mentor)及 CR5000(Zuken)等 EDA 软件PCB 模型的布线、器件尺寸和位置、过孔等详细信息,并可过滤选择各种器件的导入;


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通过 FloEDA 接口模块进行 PCB 模型导入

3)SmartParts参数化的建模功能:FloTHERM 软件提供了专门应用于电子设备热分析的参数化模型创建宏(SmartParts)技术,提供了电子设备的参数化三维建模,能够迅速、准确地为大量电子设备建模: 

a. 基本几何形体的建模;b.提供了立方体、棱柱、圆柱、圆球、斜板等基本形体的模型建立;c. 典型电子器件的建模:提供了机箱、风扇、散热器、滤网、热交换器、热管、冷板、TEC(半导体制冷器件)等电子设备内的常有器 件的参数化模型建立;d. 简化模型的建立:可以进行模型的简化,软件提供了薄板导热模型和热阻-热容网络模型,同时也提供了热源阻尼模型的建立,将器件的热源特性和阻尼特性进行输入仿真;e. 高级 Zoom-in 功能:可将上级模型计算结果作为下级模型计算的边界条件,使得模型计算结果层层传递,从系统级到子系统级,简化计算过程,减轻工作量,从而大大缩减模型分析时间。

4)专业稳定的求解器Solver 

a.求解器:采用专门针对电子散热的有限体积法求解器,与传统的CFD求解器不同,FloTHERM 求解器不但应用了数值方法的解算,同时结合了大量专门针对电子散热而开发的实验数据和经验公式。这些实验数据 和经验公式多数为 FloTHERM 独家拥有,是公司专注于电子设备热设计行业二十多年最为宝贵的财富之一;b. 收敛准则:FloTHERM 为 CFD 软件在电子热仿真领域的应用定义了严格的收敛准则,一个良好的收敛准则必须符合:保证收敛可靠,即如果软件认为收敛,就应该得到一个真实可靠的解,而不需要纯粹依靠人的经验去判断结果的可靠性,FloTHERM 软件完美地实现了以上要求。

5)Visual Editor 先进的仿真结果动态可视化后处理模块:用于仿真结果的可视化输出,可以观察FloTHERM软件的模型、尺寸和参数以及各种分析结果(包括温度场、流场、压力场的截面云图、等温/等压面、动态气体/液体粒子流等),对比各种设计方案结果、自动生成分析报告。 

Simcenter MCAD Bridge Ap SW机械设计 CAD(MCAD)软件接口模块:用于机械 CAD 软件的模型导入和导出,不但完全支持 Pro/ENGINEER,Solidworks,Catia, NX等机械 CAD 软件几何模型的直接调用并自动简化,还可以通过 IGES、SAT、STEP、STL 格式读入如 Siemens-NX、I-DEAS 和 Inventor 等 MCAD 软件建立的三维几何实体模型,并进行参数优化,可以大大减少对复杂几何模型的建模时间。

通过 MCAD Bridge接口模块进行结构模

③FloTHERM-T3STER Auto Calibration Op SW 详细模型校准模块:通过导入T3Ster生成的带有器件封装的结构函数测试结果并自动进行热模型校准,通过对某些不确定参数进行合理设计并计算,得到FloTHERM热模型和T3Ster模型匹配的结果,最终达到精确建模和验证的目的。

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