CN102043874B - 印刷电路板温升分析系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种印刷电路板温升分析方法，该方法包括：选择要计算的是印刷电路板外层铜箔还是内层铜箔的温升值；设置印刷电路板的铜箔厚度、电源层的布线宽度以及流过电子元件的电流值；根据选择的外层铜箔或内层铜箔以及设置的铜箔厚度确定计算温升值的温升计算公式；根据设置的印刷电路板的铜箔厚度、电源层的布线宽度、流过电子元件的电流值以及所述温升计算公式计算出该电子元件周围的局部区域温升值。本发明还提供一种印刷电路板温升分析系统。

Description

印刷电路板温升分析系统及方法
技术领域
本发明涉及一种印刷电路板温升分析系统及方法。
背景技术
随着电子技术的不断发展与进步，电子产品中集成的功能将越来越多，由于电子产品的设计趋势都趋于轻薄短小，因此电子产品中印刷电路板的设计也将越来越轻薄短小，从而导致印刷电路板中的功率密度将不断的增加。随着印刷电路板功率密度的不断增加，电子产品在使用过程中所产生的温度就会越来越高，而过高的温度会降低电子产品的使用寿命，因此在设计时对电子产品在使用过程中所产生的热量进行估测就显得非常的重要。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种印刷电路板温升分析系统，其可在印刷电路板开发初期对印刷电路板工作时局部区域的温升值进行计算，并于印刷电路板设计完成时计算整个印刷电路板的温度分布图。
还有必要提供一种印刷电路板温升分析方法，其可在印刷电路板开发初期对印刷电路板工作时局部区域的温升值进行计算，并于印刷电路板设计完成时计算整个印刷电路板的温度分布图。
所述印刷电路板温升分析系统包括：选择模块，用于选择该系统要分析的是印刷电路板外层铜箔的温升值还是内层铜箔的温升值；设置模块，用于设置印刷电路板的铜箔厚度、电源层的布线宽度以及印刷电路板中流过电子元件的电流值；温升公式确定模块，用于根据选择的印刷电路板的外层铜箔或内层铜箔以及设置的铜箔厚度从所述数据库中确定一个合适的温升计算公式；计算模块，用于根据上述设置的铜箔厚度、电源层的布线宽度、流过电子元件的电流值以及确定的温升计算公式计算出所述电子元件周围的局部区域温升值。
所述印刷电路板温升分析方法包括：选择要计算的是印刷电路板外层铜箔还是内层铜箔的温升值；设置印刷电路板的铜箔厚度、电源层的布线宽度以及流过电子元件的电流值；根据选择的外层铜箔或内层铜箔以及设置的铜箔厚度确定计算温升值的温升计算公式；根据设置的印刷电路板的铜箔厚度、电源层的布线宽度、流过电子元件的电流值以及所述温升计算公式计算出该电子元件周围的局部区域温升值。
相较于现有技术，所述的印刷电路板温升分析系统及方法在印刷电路板开发初期对印刷电路板工作时的温升值进行计算，及于印刷电路板设计完成时计算整个印刷电路板的温度分布，方便对印刷电路板中是否存在温升过高的地方进行分析，从而有效避免了因设计时未充分考虑印刷电路板的温升值而导致的电子产品使用寿命的降低。
附图说明
图1是印刷电路板的温升曲线图。
图2是本发明印刷电路板温升分析系统的架构图。
图3是本发明印刷电路板温升分析系统的功能模块图。
图4是本发明印刷电路板温升分析方法的流程图。
图5是本发明印刷电路板温升分析方法中计算印刷电路板温度分布图的流程图。
具体实施方式
本发明的目的为在对印刷电路板进行设计时对该印刷电路板工作时产生的局部区域温升值进行估算，并于设计完成时计算出该印刷电路板工作时的温度分布图，通过对该温度分布图进行分析可得知印刷电路板中温度过高的区域，从而对该区域的设计进行修改。下面首先对本发明的理论基础进行说明。
本发明中，温升计算公式为：I＝a*Sα*(ΔT)β，其中I是指流经印刷电路板中各电子元件的电流值，S是指印刷电路板铜箔的截面积，该截面积为印刷电路板的铜箔厚度与电源层的布线宽度的乘积，ΔT是指印刷电路板工作时的温升值，其中的系数a、α与β由印刷电路板的铜箔厚度以及印刷电路板的外层铜箔或内层铜箔所决定。从所述温升计算公式中可以看出，只要知道印刷电路板的铜箔厚度、电源层的布线宽度、流经铜箔的电流值以及温升值四个参数中的任意三个参数值即可计算出第四个参数值，在本发明较佳实施例中，主要针对印刷电路板设计之初计算温升值和电源层的布线宽度以及于印刷电路板设计完成时计算温度分布图的方法进行说明。
如图1所示，是印刷电路板的温升曲线图。不同铜箔厚度的印刷电路板的外层铜箔或内层铜箔对应有不同的温升曲线。图1是铜箔厚度为2.4MIL的印刷电路板外层铜箔的温升曲线图，通过对该图1中的温升曲线进行分析与计算，可以得到适合铜箔厚度为2.4MIL的印刷电路板外层铜箔的温升计算公式中a、α与β系数值。通过对多幅与图1类似的温升曲线图进行分析，如对铜箔厚度为3.6MIL的印刷电路板内层或外层铜箔等的温升曲线图进行分析，可以得到适合不同铜箔厚度的印刷电路板外层铜箔或内层铜箔的温升计算公式中a、α与β的系数值。在本发明中，将适合不同铜箔厚度的印刷电路板外层铜箔或内层铜箔的温升计算公式中a、α与β的系数值存储在一个数据库中，也即将适合不同铜箔厚度的印刷电路板外层铜箔或内层铜箔的温升计算公式存储在该数据库中，在后续计算温升值时只需设置印刷电路板的铜箔厚度、电源层的布线宽度、电流值以及选择印刷电路板的外层铜箔或内层铜箔，即可根据设置的铜箔厚度以及选择的印刷电路板的外层铜箔或内层铜箔去确定一个适合所设置的铜箔厚度的印刷电路板的外层铜箔或内层铜箔的温升计算公式来计算温升值。
如图2所示，是本发明印刷电路板温升分析系统的架构图。该印刷电路板温升分析系统11运行于计算机1中，该计算机1还包括数据库12，该数据库12中存储有基于多种印刷电路板铜箔厚度的外层铜箔或内层铜箔的温升计算公式，该数据库12还用于存储印刷电路板设计完成时该印刷电路板的电流密度分布图，该电流密度分布图由特定的印刷电路板电流分析工具于印刷电路板设计完成时对该印刷电路板的电流进行模拟分析而得出。
如图3所示，是本发明印刷电路板温升分析系统的功能模块图。该印刷电路板温升分析系统11包括选择模块110、设置模块111、温升公式确定模块112、计算模块113以及导入模块114。
所述选择模块110用于选择要计算的是印刷电路板外层铜箔还是内层铜箔的温升值。
所述设置模块111用于设置印刷电路板的铜箔厚度、电源层的布线宽度以及印刷电路板中流过电子元件的电流值以计算所述电子元件周围的局部区域温升值。
所述设置模块111还用于设置印刷电路板的铜箔厚度、印刷电路板中流过电子元件的电流值和该电子元件允许的最高局部区域温升值，以计算需要多少电源层的布线宽度才会使得所述电子元件周围的局部区域温升值符合设计要求。
所述温升公式确定模块112用于根据上述选择的印刷电路板的外层铜箔或内层铜箔以及设置的铜箔厚度从所述数据库12中确定一个适合该条件的温升计算公式。
计算模块113用于根据上述设置的铜箔厚度、流过电子元件的电流值、电源层的布线宽度以及确定的温升计算公式计算出所述电子元件周围的局部区域温升值。
所述计算模块113还用于根据上述设置的铜箔厚度、流过电子元件的电流值、该电子元件周围允许的最高局部区域温升以及确定的温升计算公式计算出针对该电子元件设计所需的电源层的布线宽度。
所述设置模块111还用于当印刷电路板设计完成时需要计算该印刷电路板的温度分布图时，设置该印刷电路板工作的环境温度以及铜箔厚度。由于此处需要得到的是印刷电路板的温度分布图，而上述温升计算公式所计算出的是印刷电路板的温升值，将温升值与所述环境温度相加即得到印刷电路板的温度值，从而进一步即可计算出该印刷电路板的温度分布图。
所述导入模块113用于当印刷电路板设计完成时需要计算该印刷电路板的温度分布时导入该印刷电路板的电流密度分布图。
所述电流密度是指流经印刷电路板铜箔的电流值与印刷电路板铜箔的截面积的比值，所述电流密度分布图由特定的印刷电路板电流分析工具于该印刷电路板设计完成时对该印刷电路板进行模拟分析而得出，并保存在所述数据库12中，该电流密度分布图具有特定格式，该图中每个点的电流密度值为一固定截面积的电流密度值，因此计算温度分布图时只需设置印刷电路板的铜箔厚度以及选择外层铜箔或内层铜箔以确定温升计算公式即可计算出该印刷电路板的温度分布图。
所述计算模块113还用于根据设置的印刷电路板工作的环境温度、导入的印刷电路板的电流密度分布图以及所述温升计算公式计算出该印刷电路板的温度分布图。
如图4所示，是本发明印刷电路板温升分析方法的流程图。
步骤S01，所述选择模块110选择要计算的是印刷电路板外层铜箔还是内层铜箔的温升值。
步骤S02，所述设置模块111设置印刷电路板的铜箔厚度、电源层的布线宽度以及流过电子元件的电流值。
步骤S03，所述温升公式确定模块112根据选择的外层铜箔或内层铜箔以及设置的铜箔厚度从所述数据库12中确定一个适合该条件的温升计算公式。
步骤S04，所述计算模块113根据设置的印刷电路板的铜箔厚度、电源层的布线宽度、流过电子元件的电流值以及所述温升计算公式计算出该电子元件周围的局部区域温升值。
在本实施例中，还可通过设置印刷电路板的铜箔厚度、印刷电路板中流过电子元件的电流值和该电子元件周围允许的最高局部区域温升值计算出需要多少电源层的布线宽度才会让所述电子元件周围的局部区域温升符合设计要求。
当所述印刷电路板设计完成后，本发明通过计算出该印刷电路板的温度分布图来分析该印刷电路板中是否有温度过高的区域，以便修改设计。如图5所示，是本发明印刷电路板温升分析方法中计算印刷电路板温度分布图的流程图。
步骤S10，所述选择模块110选择需要计算的是印刷电路板外层铜箔还是内层铜箔的温度分布图。
步骤S11，当印刷电路板设计完成时，所述导入模块114导入该印刷电路板的电流密度分布图。
步骤S12，所述设置模块111设置该印刷电路板工作的环境温度以及印刷电路板的铜箔厚度。
步骤S13，所述温升公式确定模块112用于根据印刷电路板的铜箔厚度以及选择的外层铜箔或内层铜箔从所述数据库12中确定一个计算温度分布图所需的温升计算公式。
步骤S14，所述计算模块113根据所述电流密度分布图、环境温度以及所述温升计算公式计算出该印刷电路板的温度分布图。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种印刷电路板温升分析系统，应用于计算机中，该计算机的数据库中存储有基于多种印刷电路板铜箔厚度的外层铜箔和内层铜箔的温升计算公式，其特征在于，该系统包括：
选择模块，用于选择该系统要分析的是印刷电路板外层铜箔的温升值还是内层铜箔的温升值；
设置模块，用于设置印刷电路板的铜箔厚度、电源层的布线宽度以及印刷电路板中流过电子元件的电流值；
温升公式确定模块，用于根据选择的印刷电路板的外层铜箔或内层铜箔以及设置的铜箔厚度从所述数据库中确定一个合适的温升计算公式；及
计算模块，用于根据上述设置的铜箔厚度、电源层的布线宽度、流过电子元件的电流值以及确定的温升计算公式计算出所述电子元件周围的局部区域温升值。
2.如权利要求1所述的印刷电路板温升分析系统，其特征在于，所述设置模块还用于设置印刷电路板的铜箔厚度、印刷电路板中流过电子元件的电流值和该电子元件周围允许的最高局部区域温升值；及
所述计算模块还用于根据上述设置的铜箔厚度、流过电子元件的电流值、该电子元件周围允许的最高局部区域温升以及确定的温升计算公式计算出针对该电子元件设计所需的电源层的布线宽度。
3.如权利要求1所述的印刷电路板温升分析系统，其特征在于，该系统还包括：
导入模块，用于当印刷电路板设计完成后计算该印刷电路板的温度分布图时，导入该印刷电路板的电流密度分布图；
所述设置模块还用于当印刷电路板设计完成后计算该印刷电路板的温度分布图时，设置该印刷电路板工作的环境温度以及铜箔厚度；及
所述计算模块还用于根据导入的电流密度分布图、环境温度以及所述温升计算公式计算出该印刷电路板的温度分布图。
4.如权利要求3所述的印刷电路板温升分析系统，其特征在于，所述电流密度分布图由特定的印刷电路板电流分析工具于该印刷电路板设计完成时对该印刷电路板进行模拟分析而得出，并保存于所述计算机中。
5.如权利要求1所述的印刷电路板温升分析系统，其特征在于，所述温升计算公式为I＝a*Sα*(ΔT)β，其中I是指流经印刷电路板中各电子元件的电流值，S是指印刷电路板铜箔的截面积，该截面积为印刷电路板的铜箔厚度与电源层的布线宽度的乘积，ΔT是指印刷电路板工作时的温升值，系数a、α与β由印刷电路板的铜箔厚度和印刷电路板的外层铜箔或内层铜箔所决定。
6.一种印刷电路板温升分析方法，应用于计算机中，该计算机的数据库中存储有基于多种印刷电路板铜箔厚度的外层铜箔和内层铜箔的温升计算公式，其特征在于，该方法包括如下步骤：
选择要计算的是印刷电路板外层铜箔还是内层铜箔的温升值；
设置印刷电路板的铜箔厚度、电源层的布线宽度以及流过电子元件的电流值；
根据选择的外层铜箔或内层铜箔以及设置的铜箔厚度确定计算温升值的温升计算公式；及
根据设置的印刷电路板的铜箔厚度、电源层的布线宽度、流过电子元件的电流值以及所述温升计算公式计算出该电子元件周围的局部区域温升值。
7.如权利要求6所述的印刷电路板温升分析方法，其特征在于，该方法还包括计算电源层布线宽度的步骤，所述计算电源层布线宽度的步骤包括：
选择要计算的是印刷电路板外层铜箔还是内层铜箔的电源层的布线宽度；
设置印刷电路板的铜箔厚度、印刷电路板中流过电子元件的电流值和该电子元件周围允许的最高局部区域温升值；
根据设置的铜箔厚度以及选择的外层铜箔或内层铜箔确定温升计算公式；及
根据设置的铜箔厚度、流过电子元件的电流值、该电子元件周围允许的最高局部区域温升值以及确定的温升计算公式计算出针对该电子元件设计所需的电源层的布线宽度。
8.如权利要求6所述的印刷电路板温升分析方法，其特征在于，该方法还包括计算印刷电路板温度分布图的步骤，所述计算印刷电路板温度分布图的步骤包括：
选择需要计算的是印刷电路板外层铜箔还是内层铜箔的温度分布图；
导入该印刷电路板的电流密度分布图；
设置该印刷电路板工作的环境温度以及印刷电路板铜箔厚度；
根据设置的印刷电路板的铜箔厚度以及选择的外层铜箔或内层铜箔确定计算温度分布图所需的温升计算公式；及
根据电流密度分布图、环境温度以及温升计算公式计算出该印刷电路板的温度分布图。
9.如权利要求8所述的印刷电路板温升分析方法，其特征在于，所述电流密度分布图由特定的印刷电路板电流或电压分析工具于该印刷电路板设计完成时对该印刷电路板进行模拟分析而得出，并保存于所述计算机中。
10.如权利要求6所述的印刷电路板温升分析方法，其特征在于，所述温升计算公式为I＝a*Sα*(ΔT)β，其中I是指流经印刷电路板中各电子元件的电流值，S是指印刷电路板铜箔的截面积，该截面积为印刷电路板的铜箔厚度与电源层的布线宽度的乘积，ΔT是指印刷电路板工作时的温升值，系数a、α与β由印刷电路板的铜箔厚度和印刷电路板的外层铜箔或内层铜箔所决定。
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