基于自主仿真技术的电子产品热设计实践-电子散热模块-热分析-软服之家

本文整理自云道智造“自主CAE探索智造新模式，助力产业新升级”主题线上研讨会——云道智造业务中心资深行业售前工程师吴钢的主题演讲《基于自主仿真技术的电子产品热设计实践》（有删减）。

PART 1

电子散热仿真行业现状

电子产品散热问题越发严峻

随着电子产品不断向小型化、多功能、大功率的方向发展，高热流密度带来的散热问题越来越突出。根据美国空军航空电子整体研究项目的报告显示：电子产品失效原因中，热失效占比55%。而电子元件的“10℃法则”显示，温度每升高10℃，系统可靠性降低50%。因此，电子产品的散热设计越来越被重视，散热性能也成为电子产品核心竞争力之一。

热仿真——散热设计必不可少

从产品的概念设计到产品量产上市之前，热仿真承担了大量的性能评估和优化设计工作，为产品设计方案提供关键性的数据支撑。

电子散热仿真面临的挑战

产品迭代速度加快，产品的开发周期越来越短，对仿真计算时间要求越来越高。
仿真人才稀缺，需要具备多领域、跨学科的知识（工程学、物理学、数学……）。
重复性、方案参数优化的工作频繁，对仿真的精度和效率提出更高要求。
产品应用工况越发复杂，产品结构越发复杂，模型就越发复杂，网格数量显著增多，软硬件成本上升。
电子散热仿真软件自主化率低，随时面临断供风险。

PART 2

云道智造提供自主可控的解决方案

针对企业面临的“卡脖子”难题、仿真软件成本高昂等痛点，云道智造基于根技术平台开发了“电子散热模块”，率先实现自主化替代，其对标占据市场90%份额的两款国际商业软件，已在国内电子通信龙头企业、芯片企业得到标杆性应用，并面向相关行业领域进行推广。

“电子散热模块”是针对电子元器件、设备等散热的专用热仿真模块，内置电子产品专用零部件模型库，支持用户通过“搭积木”的方式快速建立电子产品的热分析模型，并利用成熟稳定的算法计算流动与传热问题，对电子产品进行高效的热可靠性分析。可广泛应用于通信设备、电子产品、半导体产品与设备、汽车、航空航天等工业领域。

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PART 3

典型应用案例

服务器系统热仿真

设计挑战

服务器系统功率密度高，单点功耗大
器件的种类、数量多
内部结构复杂，风道及局部特征尺寸小，对仿真的网格质量及计算精度要求高

仿真目的

指导风扇选型及内部风道等优化等设计以满足温升标准。

仿真结果

经验证，云道电子散热模块与国外主流商软仿真结果对比，平均温度误差为1℃，误差范围在0.15%~4.4%。

5G风冷系统仿真

设计挑战

系统散热：整机功耗高，功率密度大，单板种类多、级联加热
芯片散热：单芯片功耗大，芯片壳温规格低，散热器结构复杂
系统噪声：应用环境复杂，系统噪声要求高

仿真目的

通过仿真优化各散热部件组合方案，并找到系统的散热、噪声及成本组合的最优解。

仿真结果

经验证，云道电子散热模块与国外主流商软仿真结果对比，平均温度误差℃。

IGBT模块仿真

设计挑战

热耗较高：总功耗大于2KW，体积功率密度高
方案复杂：液冷散热方案，流道复杂，同时有辐射散热

仿真目的

高效预测热集中区，优化热源布局
流速、流道等设计优化
节约测试打样成本

仿真结果

经验证，云道电子散热模块与国外主流商软仿真结果对比，监控点温度误差范围在0.11%~3.27%。

某芯片散热器自然对流散热仿真

设计挑战

外形复杂：芯片嵌在基板内，散热翅片结构有多种设计

仿真目的

优化散热器设计，寻找最优解决方案，使散热器的散热、重量、成本得到平衡

仿真结果

经验证，云道电子散热模块与国外主流商软仿真结果对比，监控点平均温度误差为1.1℃。

END

关于云道智造

北京云道智造科技有限公司（IBE）成立于2014年，是一家专业的CAE仿真根技术研发企业，以“自主匠心，普惠仿真”为使命，致力于解决CAE领域自主化难题和大众化瓶颈，是国内CAE头部企业、国际CAE领航企业。2022年入选国家级专精特新“小巨人”企业、胡润全球瞪羚企业。

云道智造独立打造了自主可控的通用仿真引擎，开发了通用多物理场仿真平台Simdroid，为电子电力、石油石化、航空航天、汽车船舶、装备制造、轨道交通等重点行业提供自主可控的仿真解决方案，有力推动了仿真软件自主化进程；基于根技术平台，云道智造通过多种方式打造垂直领域专用软件，搭建基于云的工业APP商店Simapps，构建“行业软件+仿真APP”的普惠仿真生态，有力推动了仿真技术大众化进程。