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HyperLynx Thermal 板级热分析模块

(旧称BetaSoft)

HyperLynx Thermal软件主要用于分析处于设计阶段的电路板和电子元器件的热特性,消除这些产品的耗时原型再设计。32位的程序适于Windows操作系统。HyperLynx Thermal软件在分析产品的温度时具有高精度、快速和界面灵活友好的特点,因而独具优势。同时,HyperLynx Thermal软件与大多数的MCAD)软件以及可靠性软件都具有良好的接口。该软件由美国 Dynamic Soft Analysis, Inc公司开发,并在过去12年中,一直在热分析软件领域独领风骚。美国Dynamic Soft Analysis, Inc.公司成立于1988年,
是一家专门从事电子工业中热分析软件的公司。其产品HyperLynx Thermal软件是基于PC的热分析软件的领先者。目前国际上很多大公司的产品设计人员依赖于HyperLynx Thermal进行产品的热设计。该公司于2007年被Mentor Graphics公司收购。

HyperLynx Thermal-Board电路板级热分析工具

软件特点:

 ----可对多层电路板的双面进行建模,并且每一面可多达1500个器件;
----采用自适应局部网格细分的有限微分方法进行计算,计算速度大大提高,比有限元软件快 近50倍;
----建模时考虑了热传导、热对流和热辐射;
----经过风道和红外图像实验测试,分析精度在10%以内;
----与大多数常用的ECAD软件都有接口,进行数据的导;
----提供色彩丰富的图形,以设计出精彩的报告;
----支持所有的电子工业领域;
----基于Windows,可视化,灵活易用。

 高级特征:

 HyperLynx Thermal-Board可以分析多层和不规则形状的电路板、混合电路板或子电路板;电 路板可放置在机柜的内部或边缘,并由螺栓连接到散热器上,考虑了相邻电路板或机箱壁的影 响;电路板可在一个封闭的空间内由其边缘的楔形锁扣冷却或在开放的系统中强制对流冷却; 气体的流动可以是自然的或强制对流的,封闭的系统可由热交换器冷却;建模时也可以考虑重 力、气体压力及气体流动方向的作用,可以考虑各向异性配线;器件上可以安装散热器、热管 、芯片风扇和导热条;可以重新布置过热的元器件。

 与EDA软件接口:

 PADS / Expedition /Board Station
Allegro / OrCAD
Altium Designer / Protel / P-CAD
CADSTAR / Visula
And Others

 分析功能:

 灵活性
     HyperLynx Thermal-Board软件具有很好的灵活 性,可分析电子工业中多种PCB板,如图所示形状尺 寸不规则的多层板在HyperLynx Thermal均能方便地 处理。

 器件库
     HyperLynx Thermal-Board提供了两个元器件
库,含有大量元器件的信息。工作库可由ECAD接
口生成,内含用户PCB板上所设计的所有器件。
主库含有2500个定义好的元器件,并允许用户无
限扩充,在工作库中建立好的器件可方便地存入
主库中,供重用。 

 元器件温度
     热分析的目标是求得器件及结点的温度, HyperLynx Thermal计算器件外壳的平均温度,如
果提供了THETAjc,可计算连接点的温度,器件外
壳及连接点的温度用彩色云图显示,能快速找到
温度较高的器件,温度值也可通过数表输出 

 PCB板及环境
     PCB板特性及环境的定义是热分析关键的一步, 在HyperLynx Thermal-Board中可方便地建立散热
器、导热垫、热螺钉模型,HyperLynx Thermal可 进行强迫冷却的分析,也可对封闭机箱在变化的压 力或重力环境下的热分析,并可方便地建立不规则 形状的多层板(如图所示)。

 超出温度
     元器件的失效率与连接点的温度成指数关系,因 此不同类型的器件有不同的极限温度,HyperLynx  Thermal-Board允许用户指定极限温度,并通过图形 监控元器件温度与极限温度的差。 

 PCB板温度云图
     温度云图揭示了PCB板上的热传导现象,由于热 膨胀与温度成正比,工作中高温区域有可能膨胀、 翘曲,从而导致管角连接部脱开,HyperLynx  Thermal-Board可在设计阶段识别PCB板的热点。 

 温度梯度
     HyperLynx Thermal-Board可输出整个板上的温 度梯度图,由于热膨胀的原因,高梯度区域引起很 高的热应力,高应力区通常又是PCB板上常常发生裂 缝、翘曲的地方。HyperLynx Thermal可帮助找到潜 在的问题。 

应用领域:

 航天/航空电子
     HyperLynx Thermal-Board软件的很多用户是在 航天和航空电子领域,包括卫星、空间站、飞机和 导弹等。左图是卫星中的一个典型的电路板。该电 路板依赖于上下部的热螺母和楔形扣将热传导给散 热器。在这类产品的设计中,热辐射是非常重要的 。 

 通信/工业控制
      在这些工业领域中,产品包含大量复杂的电路 板,且可靠性要求比较高。左图是一个位于电路板 箱中靠自然对流冷却的电路板。其中,有些器件是 由散热器冷却的。ECAD接口可将器件的信息导入, 器件库加快了这些复杂电路板的建模过程。 

 计算机/仪器仪表
      此类电路板上往往有少量的器件,如CPU,其 功率耗散比较大。并且器件的数量特别大。芯片风 扇、散热器或局部冲击气流与较强的强制气体对流 一起进行冷却。左图显示了大型主板的热分析。 

 汽车
     在汽车行业的应用中,通常是高电流流过电路板 高负荷走线产生较大的热量。分析此种电路板需 HyperLynx Thermal-Board的走线分析版软件。电 路板上的热走线建模时用功率密度系数进行调整。 左图是一个典型的汽车走线应用分析结果。 

 电力供应
     供电领域的电路板通常包含有许多体积较大且产 生大量能量器件,这些器件还会产生气体流阻,其 结果有时是很严重的。左图是一个采用自然对流冷 却,水平放置的电路板的分析结果。尽管变压器产 生较高的能量,但其表面面积比较大,因而温度却 较低。高温的器件是那些具有中等能量,体积中等 的器件。

 
软件分析结果与实验实测结果的比较

以下是几个电路板采用HyperLynx Thermal-Board软件进行分析的结果与实验实测结果的比较:

案例1----12模块板子

最简单的测试示例是在一个有12个电源模块的板子上进行,每个模块都是0.25英寸高,除了倒数第二排中间的一个是0.75英寸高外。每个模块的功率都是1瓦,板子在自然状态下垂直。表1中列举的对比数据都是令人满意的

Block Number

Measurement Results (°C)

HyperLynx Thermal Prediction(°C )

 

1

57.0

56.3

2

58.0

60.6

3

69.4

70.0

4

66.5

64.7

5

54.2

52.9

6

60.9

60.9

7

64.8

64.0

8

61.1

58.9

案例2----整个扳子的红外线

对整个板子的红外线进行对比。元器件功率各不相同。板子的红外线测量是在自然传送的条件下进行,板子的电阻器和电容器位于后部。首次快速实验只是对安置在前部主要的元器件进行。对比测量中随意挑选了20个IC元器件,下面表格中列举的数据显示了测量的精确性。

Number

IR Scan

HyperLynx Thermal

 

1

82.8

81.6

2

82.9

85.0

3

84.7

84.2

4

84.3

83.7

5

90.4

90.3

6

82.7

84.0

7

81.7

81.3

8

81.1

82.8

9

79.1

83.3

10

88.1

89.0

11

82.9

80.8

12

82.3

79.9

13

86.6

84.4

14

77.7

78.9

15

76.4

77.4

16

75.5

76.4

17

77.8

76.2

18

73.1

75.5

19

73.1

75.5

20

74.2

74.8

案例3----航空板级测试
本案例以由AlliedSignal Aerospace公司设计的引擎控制器,说明在航空热能设计方面的建模技术。引擎控制器有严格的环境约束。经过一个初始的原型样机进行开发与测试,对引擎控制器的仿真和重复设计均已完成。控制测试都是由设计指导的,数据从许多有重要分散功率的元器件上采集。测试在71度的温控箱内进行,热电偶匹配器用来记录元器件的温度。下面表格显示的是实测结果与HyperLynx Thermal-Board预测的结果。

Reference Designator

Test Data Junction Temp

HyperLynx Thermal-Prediction Junction Temp

 

cr9

97.20

98.90

cr14

91.70

92.00

cr20

85.23

86.30

g15

85.99

84.70

u12

88.40

87.70

u24

88.37

88.90

u25

86.67

88.40

u31

89.50

87.60

u32

87.90

89.40

u34

89.90

92.70

u44

87.75

88.30

u50

88.11

89.40

u53

86.05

87.30

u54

85.95

86.30

u56

88.05

88.60

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