隨著電子產(chǎn)品的集成度越來(lái)越高，PCB板的尺寸越來(lái)越小，板級(jí)芯片散熱的問(wèn)題越來(lái)越成為電子工程師的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。 對(duì)于板級(jí)芯片散熱，主要依靠工程師對(duì) PCB自身的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化 ，同時(shí)要兼顧系統(tǒng)的尺寸和成本。 本文分別從芯片角度和PCB角度進(jìn)行建模，芯片模型選用QFN封裝，PCB模型采用走線導(dǎo)入模型，探討了芯片結(jié)構(gòu)，PCB銅厚，PCB疊層厚度對(duì)芯片散熱的影響。

2、建模過(guò)程

為了最大程度的還原仿真對(duì)象，PCB模型采用Icepak自帶PCB模型，通過(guò)導(dǎo)入真實(shí)的走線Trace真實(shí)模擬PCB的散熱能力。 芯片也是采用Icepak自帶的Package模型 對(duì)QFN封裝進(jìn)行詳細(xì)建模。

2.1 PCB 板建模

通過(guò)ODB模型導(dǎo)入PCB 走線信息，并編輯PCB的疊層及銅厚：

設(shè)置板子尺寸為23X40mm

PCB銅厚為1oz（0.035mm）

PCB總疊層厚度為1.64mm

不考慮走線電流發(fā)熱影響（ 可通過(guò)SIwave導(dǎo)入，關(guān)注我后續(xù)帶你分析！ ）

圖2.1 PCB 參數(shù)和走線導(dǎo)入設(shè)置

圖2.2 PCB 導(dǎo)入走線后視圖

2.2 QFN 芯片封裝建模

根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)尺寸設(shè)置QFN 芯片尺寸：

芯片外尺寸6x6x0.75mm

芯片Die尺寸3x3mm

散熱盤(pán)尺寸5.4x5.4mm

芯片損耗為0.165w

其他按照規(guī)格書(shū)設(shè)置

圖2.3 QFN 芯片封裝設(shè)置

圖2.4 QFN 芯片參數(shù)說(shuō)明

2.3 基于熱阻模型的芯片建模

使用QFN的熱阻參數(shù)，建立二維熱阻模型：

MinZ 為緊貼PCB的面（Bottom）

Rjc為 Junction-Case 熱阻

Rjb為 Junction-Bottom 熱阻，為主要傳熱路徑

芯片損耗為0.165w

圖2.5 QFN的二維熱阻模型

3、仿真結(jié)果

靜態(tài)PCB散熱主要形式為 自然對(duì)流和輻射散熱 ，通過(guò)重力模擬，和DO輻射模型對(duì)PCB進(jìn)行仿真，參數(shù)設(shè)置如下：

圖3.1 仿真參數(shù)設(shè)置

通過(guò)芯片和PCB的詳細(xì)建模，可以獲得散熱模型的各種散熱細(xì)節(jié)的仿真結(jié)果：

圖3.2 PCB 表面散熱云圖

圖3.3 PCB 內(nèi)層散熱云圖

圖3.4 PCB 周邊自然對(duì)流情況

對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行處理和分析：

由上述仿真結(jié)果看出：

真實(shí)的QFN模型和熱阻模型溫度偏差不大，通過(guò)使用熱阻模型可以簡(jiǎn)化建模過(guò)程

增加PCB 銅厚可以大幅度降低芯片溫度，但是成本增加

減少PCB 疊層厚度能夠降低芯片溫度，成本幾乎不變

PCB的擺放角度對(duì)芯片溫度有一定影響，但是影響有限

微弱的空氣對(duì)流，對(duì)芯片溫度影響不大

小結(jié)

本文通過(guò)對(duì)PCB和QFN芯片建模，模擬的多種工況條件下的芯片散熱，其中影響PCB散熱最直接的因素為 PCB疊層厚度和走線銅厚 ！