專(zhuān)利名稱(chēng)：印刷電路板溫升分析系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種印刷電路板溫升分析系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，電子產(chǎn)品中集成的功能將越來(lái)越多，由于電子 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)趨勢(shì)都趨于輕薄短小，因此電子產(chǎn)品中印刷電路板的設(shè)計(jì)也將越來(lái)越輕薄短 小，從而導(dǎo)致印刷電路板中的功率密度將不斷的增加。隨著印刷電路板功率密度的不斷增 加，電子產(chǎn)品在使用過(guò)程中所產(chǎn)生的溫度就會(huì)越來(lái)越高，而過(guò)高的溫度會(huì)降低電子產(chǎn)品的使 用壽命，因此在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)電子產(chǎn)品在使用過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行估測(cè)就顯得非常的重要。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種印刷電路板溫升分析系統(tǒng)，其可在印刷電路板開(kāi) 發(fā)初期對(duì)印刷電路板工作時(shí)局部區(qū)域的溫升值進(jìn)行計(jì)算，并于印刷電路板設(shè)計(jì)完成時(shí)計(jì)算 整個(gè)印刷電路板的溫度分布圖。還有必要提供一種印刷電路板溫升分析方法，其可在印刷電路板開(kāi)發(fā)初期對(duì)印刷 電路板工作時(shí)局部區(qū)域的溫升值進(jìn)行計(jì)算，并于印刷電路板設(shè)計(jì)完成時(shí)計(jì)算整個(gè)印刷電路 板的溫度分布圖。所述印刷電路板溫升分析系統(tǒng)包括選擇模塊，用于選擇該系統(tǒng)要分析的是印刷 電路板外層銅箔的溫升值還是內(nèi)層銅箔的溫升值；設(shè)置模塊，用于設(shè)置印刷電路板的銅箔 厚度、電源層的布線寬度以及印刷電路板中流過(guò)電子元件的電流值；溫升公式確定模塊，用 于根據(jù)選擇的印刷電路板的外層銅箔或內(nèi)層銅箔以及設(shè)置的銅箔厚度從所述數(shù)據(jù)庫(kù)中確 定一個(gè)合適的溫升計(jì)算公式；計(jì)算模塊，用于根據(jù)上述設(shè)置的銅箔厚度、電源層的布線寬 度、流過(guò)電子元件的電流值以及確定的溫升計(jì)算公式計(jì)算出所述電子元件周?chē)木植繀^(qū)域 溫升值。所述印刷電路板溫升分析方法包括選擇要計(jì)算的是印刷電路板外層銅箔還是內(nèi) 層銅箔的溫升值；設(shè)置印刷電路板的銅箔厚度、電源層的布線寬度以及流過(guò)電子元件的電 流值；根據(jù)選擇的外層銅箔或內(nèi)層銅箔以及設(shè)置的銅箔厚度確定計(jì)算溫升值的溫升計(jì)算公 式；根據(jù)設(shè)置的印刷電路板的銅箔厚度、電源層的布線寬度、流過(guò)電子元件的電流值以及所 述溫升計(jì)算公式計(jì)算出該電子元件周?chē)木植繀^(qū)域溫升值。相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述的印刷電路板溫升分析系統(tǒng)及方法在印刷電路板開(kāi)發(fā)初期 對(duì)印刷電路板工作時(shí)的溫升值進(jìn)行計(jì)算，及于印刷電路板設(shè)計(jì)完成時(shí)計(jì)算整個(gè)印刷電路板 的溫度分布，方便對(duì)印刷電路板中是否存在溫升過(guò)高的地方進(jìn)行分析，從而有效避免了因 設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮印刷電路板的溫升值而導(dǎo)致的電子產(chǎn)品使用壽命的降低。


圖1是印刷電路板的溫升曲線圖。
圖2是本發(fā)明印刷電路板溫升分析系統(tǒng)的架構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明印刷電路板溫升分析系統(tǒng)的功能模塊圖。圖4是本發(fā)明印刷電路板溫升分析方法的流程圖。圖5是本發(fā)明印刷電路板溫升分析方法中計(jì)算印刷電路板溫度分布圖的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的為在對(duì)印刷電路板進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)該印刷電路板工作時(shí)產(chǎn)生的局部 區(qū)域溫升值進(jìn)行估算，并于設(shè)計(jì)完成時(shí)計(jì)算出該印刷電路板工作時(shí)的溫度分布圖，通過(guò)對(duì) 該溫度分布圖進(jìn)行分析可得知印刷電路板中溫度過(guò)高的區(qū)域，從而對(duì)該區(qū)域的設(shè)計(jì)進(jìn)行修 改。下面首先對(duì)本發(fā)明的理論基礎(chǔ)進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明中，溫升計(jì)算公式為I = a*Sa*(AT)e，其中I是指流經(jīng)印刷電路板中各 電子元件的電流值，S是指印刷電路板銅箔的截面積，該截面積為印刷電路板的銅箔厚度與 電源層的布線寬度的乘積，ΔΤ是指印刷電路板工作時(shí)的溫升值，其中的系數(shù)a、a與β由 印刷電路板的銅箔厚度以及印刷電路板的外層銅箔或內(nèi)層銅箔所決定。從所述溫升計(jì)算 公式中可以看出，只要知道印刷電路板的銅箔厚度、電源層的布線寬度、流經(jīng)銅箔的電流值 以及溫升值四個(gè)參數(shù)中的任意三個(gè)參數(shù)值即可計(jì)算出第四個(gè)參數(shù)值，在本發(fā)明較佳實(shí)施例 中，主要針對(duì)印刷電路板設(shè)計(jì)之初計(jì)算溫升值和電源層的布線寬度以及于印刷電路板設(shè)計(jì) 完成時(shí)計(jì)算溫度分布圖的方法進(jìn)行說(shuō)明。如圖1所示，是印刷電路板的溫升曲線圖。不同銅箔厚度的印刷電路板的外層銅 箔或內(nèi)層銅箔對(duì)應(yīng)有不同的溫升曲線。圖1是銅箔厚度為2. 4MIL的印刷電路板外層銅 箔的溫升曲線圖，通過(guò)對(duì)該圖1中的溫升曲線進(jìn)行分析與計(jì)算，可以得到適合銅箔厚度為 2. 4MIL的印刷電路板外層銅箔的溫升計(jì)算公式中a、α與β系數(shù)值。通過(guò)對(duì)多幅與圖1類(lèi) 似的溫升曲線圖進(jìn)行分析，如對(duì)銅箔厚度為3. 6MIL的印刷電路板內(nèi)層或外層銅箔等的溫 升曲線圖進(jìn)行分析，可以得到適合不同銅箔厚度的印刷電路板外層銅箔或內(nèi)層銅箔的溫升 計(jì)算公式中a、α與β的系數(shù)值。在本發(fā)明中，將適合不同銅箔厚度的印刷電路板外層銅 箔或內(nèi)層銅箔的溫升計(jì)算公式中a、α與β的系數(shù)值存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，也即將適合不 同銅箔厚度的印刷電路板外層銅箔或內(nèi)層銅箔的溫升計(jì)算公式存儲(chǔ)在該數(shù)據(jù)庫(kù)中，在后續(xù) 計(jì)算溫升值時(shí)只需設(shè)置印刷電路板的銅箔厚度、電源層的布線寬度、電流值以及選擇印刷 電路板的外層銅箔或內(nèi)層銅箔，即可根據(jù)設(shè)置的銅箔厚度以及選擇的印刷電路板的外層銅 箔或內(nèi)層銅箔去確定一個(gè)適合所設(shè)置的銅箔厚度的印刷電路板的外層銅箔或內(nèi)層銅箔的 溫升計(jì)算公式來(lái)計(jì)算溫升值。如圖2所示，是本發(fā)明印刷電路板溫升分析系統(tǒng)的架構(gòu)圖。該印刷電路板溫升分 析系統(tǒng)11運(yùn)行于計(jì)算機(jī)1中，該計(jì)算機(jī)1還包括數(shù)據(jù)庫(kù)12，該數(shù)據(jù)庫(kù)12中存儲(chǔ)有基于多種 印刷電路板銅箔厚度的外層銅箔或內(nèi)層銅箔的溫升計(jì)算公式，該數(shù)據(jù)庫(kù)12還用于存儲(chǔ)印 刷電路板設(shè)計(jì)完成時(shí)該印刷電路板的電流密度分布圖，該電流密度分布圖由特定的印刷電 路板電流分析工具于印刷電路板設(shè)計(jì)完成時(shí)對(duì)該印刷電路板的電流進(jìn)行模擬分析而得出。如圖3所示，是本發(fā)明印刷電路板溫升分析系統(tǒng)的功能模塊圖。該印刷電路板溫 升分析系統(tǒng)11包括選擇模塊110、設(shè)置模塊111、溫升公式確定模塊112、計(jì)算模塊113以及 導(dǎo)入模塊114。
所述選擇模塊110用于選擇要計(jì)算的是印刷電路板外層銅箔還是內(nèi)層銅箔的溫升值。所述設(shè)置模塊111用于設(shè)置印刷電路板的銅箔厚度、電源層的布線寬度以及印刷 電路板中流過(guò)電子元件的電流值以計(jì)算所述電子元件周?chē)木植繀^(qū)域溫升值。所述設(shè)置模塊111還用于設(shè)置印刷電路板的銅箔厚度、印刷電路板中流過(guò)電子元 件的電流值和該電子元件允許的最高局部區(qū)域溫升值，以計(jì)算需要多少電源層的布線寬度 才會(huì)使得所述電子元件周?chē)木植繀^(qū)域溫升值符合設(shè)計(jì)要求。所述溫升公式確定模塊112用于根據(jù)上述選擇的印刷電路板的外層銅箔或內(nèi)層 銅箔以及設(shè)置的銅箔厚度從所述數(shù)據(jù)庫(kù)12中確定一個(gè)適合該條件的溫升計(jì)算公式。計(jì)算模塊113用于根據(jù)上述設(shè)置的銅箔厚度、流過(guò)電子元件的電流值、電源層的 布線寬度以及確定的溫升計(jì)算公式計(jì)算出所述電子元件周?chē)木植繀^(qū)域溫升值。所述計(jì)算模塊113還用于根據(jù)上述設(shè)置的銅箔厚度、流過(guò)電子元件的電流值、該 電子元件周?chē)试S的最高局部區(qū)域溫升以及確定的溫升計(jì)算公式計(jì)算出針對(duì)該電子元件 設(shè)計(jì)所需的電源層的布線寬度。所述設(shè)置模塊111還用于當(dāng)印刷電路板設(shè)計(jì)完成時(shí)需要計(jì)算該印刷電路板的溫 度分布圖時(shí)，設(shè)置該印刷電路板工作的環(huán)境溫度以及銅箔厚度。由于此處需要得到的是印 刷電路板的溫度分布圖，而上述溫升計(jì)算公式所計(jì)算出的是印刷電路板的溫升值，將溫升 值與所述環(huán)境溫度相加即得到印刷電路板的溫度值，從而進(jìn)一步即可計(jì)算出該印刷電路板 的溫度分布圖。所述導(dǎo)入模塊113用于當(dāng)印刷電路板設(shè)計(jì)完成時(shí)需要計(jì)算該印刷電路板的溫度 分布時(shí)導(dǎo)入該印刷電路板的電流密度分布圖。所述電流密度是指流經(jīng)印刷電路板銅箔的電流值與印刷電路板銅箔的截面積的 比值，所述電流密度分布圖由特定的印刷電路板電流分析工具于該印刷電路板設(shè)計(jì)完成時(shí) 對(duì)該印刷電路板進(jìn)行模擬分析而得出，并保存在所述數(shù)據(jù)庫(kù)12中，該電流密度分布圖具有 特定格式，該圖中每個(gè)點(diǎn)的電流密度值為一固定截面積的電流密度值，因此計(jì)算溫度分布 圖時(shí)只需設(shè)置印刷電路板的銅箔厚度以及選擇外層銅箔或內(nèi)層銅箔以確定溫升計(jì)算公式 即可計(jì)算出該印刷電路板的溫度分布圖。所述計(jì)算模塊113還用于根據(jù)設(shè)置的印刷電路板工作的環(huán)境溫度、導(dǎo)入的印刷電 路板的電流密度分布圖以及所述溫升計(jì)算公式計(jì)算出該印刷電路板的溫度分布圖。如圖4所示，是本發(fā)明印刷電路板溫升分析方法的流程圖。步驟S01，所述選擇模塊110選擇要計(jì)算的是印刷電路板外層銅箔還是內(nèi)層銅箔 的溫升值。步驟S02，所述設(shè)置模塊111設(shè)置印刷電路板的銅箔厚度、電源層的布線寬度以及 流過(guò)電子元件的電流值。步驟S03，所述溫升公式確定模塊112根據(jù)選擇的外層銅箔或內(nèi)層銅箔以及設(shè)置 的銅箔厚度從所述數(shù)據(jù)庫(kù)12中確定一個(gè)適合該條件的溫升計(jì)算公式。步驟S04，所述計(jì)算模塊113根據(jù)設(shè)置的印刷電路板的銅箔厚度、電源層的布線寬 度、流過(guò)電子元件的電流值以及所述溫升計(jì)算公式計(jì)算出該電子元件周?chē)木植繀^(qū)域溫升值。
在本實(shí)施例中，還可通過(guò)設(shè)置印刷電路板的銅箔厚度、印刷電路板中流過(guò)電子元 件的電流值和該電子元件周?chē)试S的最高局部區(qū)域溫升值計(jì)算出需要多少電源層的布線 寬度才會(huì)讓所述電子元件周?chē)木植繀^(qū)域溫升符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)所述印刷電路板設(shè)計(jì)完成后，本發(fā)明通過(guò)計(jì)算出該印刷電路板的溫度分布圖來(lái) 分析該印刷電路板中是否有溫度過(guò)高的區(qū)域，以便修改設(shè)計(jì)。如圖5所示，是本發(fā)明印刷電 路板溫升分析方法中計(jì)算印刷電路板溫度分布圖的流程圖。步驟S10，所述選擇模塊110選擇需要計(jì)算的是印刷電路板外層銅箔還是內(nèi)層銅 箔的溫度分布圖。步驟S11，當(dāng)印刷電路板設(shè)計(jì)完成時(shí)，所述導(dǎo)入模塊114導(dǎo)入該印刷電路板的電流 密度分布圖。步驟S12，所述設(shè)置模塊111設(shè)置該印刷電路板工作的環(huán)境溫度以及印刷電路板 的銅箔厚度。步驟S13，所述溫升公式確定模塊112用于根據(jù)印刷電路板的銅箔厚度以及選擇 的外層銅箔或內(nèi)層銅箔從所述數(shù)據(jù)庫(kù)12中確定一個(gè)計(jì)算溫度分布圖所需的溫升計(jì)算公 式。步驟S14，所述計(jì)算模塊113根據(jù)所述電流密度分布圖、環(huán)境溫度以及所述溫升計(jì) 算公式計(jì)算出該印刷電路板的溫度分布圖。以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改 或等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種印刷電路板溫升分析系統(tǒng)，運(yùn)行于計(jì)算機(jī)中，該計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)有基于 多種印刷電路板銅箔厚度的外層銅箔和內(nèi)層銅箔的溫升計(jì)算公式，其特征在于，該系統(tǒng)包 括選擇模塊，用于選擇該系統(tǒng)要分析的是印刷電路板外層銅箔的溫升值還是內(nèi)層銅箔的 溫升值；設(shè)置模塊，用于設(shè)置印刷電路板的銅箔厚度、電源層的布線寬度以及印刷電路板中流 過(guò)電子元件的電流值；溫升公式確定模塊，用于根據(jù)選擇的印刷電路板的外層銅箔或內(nèi)層銅箔以及設(shè)置的銅 箔厚度從所述數(shù)據(jù)庫(kù)中確定一個(gè)合適的溫升計(jì)算公式；及計(jì)算模塊，用于根據(jù)上述設(shè)置的銅箔厚度、電源層的布線寬度、流過(guò)電子元件的電流值 以及確定的溫升計(jì)算公式計(jì)算出所述電子元件周?chē)木植繀^(qū)域溫升值。
2.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板溫升分析系統(tǒng)，其特征在于，所述設(shè)置模塊還用于 設(shè)置印刷電路板的銅箔厚度、印刷電路板中流過(guò)電子元件的電流值和該電子元件周?chē)试S 的最高局部區(qū)域溫升值；及所述計(jì)算模塊還用于根據(jù)上述設(shè)置的銅箔厚度、流過(guò)電子元件的電流值、該電子元件 周?chē)试S的最高局部區(qū)域溫升以及確定的溫升計(jì)算公式計(jì)算出針對(duì)該電子元件設(shè)計(jì)所需 的電源層的布線寬度。
3.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板溫升分析系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括導(dǎo)入模塊，用于當(dāng)印刷電路板設(shè)計(jì)完成后計(jì)算該印刷電路板的溫度分布圖時(shí)，導(dǎo)入該 印刷電路板的電流密度分布圖；所述設(shè)置模塊還用于當(dāng)印刷電路板設(shè)計(jì)完成后計(jì)算該印刷電路板的溫度分布圖時(shí)，設(shè) 置該印刷電路板工作的環(huán)境溫度以及銅箔厚度；及所述計(jì)算模塊還用于根據(jù)導(dǎo)入的電流密度分布圖、環(huán)境溫度以及所述溫升計(jì)算公式計(jì) 算出該印刷電路板的溫度分布圖。
4.如權(quán)利要求3所述的印刷電路板溫升分析系統(tǒng)，其特征在于，所述電流密度分布圖 由特定的印刷電路板電流分析工具于該印刷電路板設(shè)計(jì)完成時(shí)對(duì)該印刷電路板進(jìn)行模擬 分析而得出，并保存于所述計(jì)算機(jī)中。
5.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板溫升分析系統(tǒng)，其特征在于，所述溫升計(jì)算公式為I =a*Sa*(AT) β，其中I是指流經(jīng)印刷電路板中各電子元件的電流值，S是指印刷電路板 銅箔的截面積，該截面積為印刷電路板的銅箔厚度與電源層的布線寬度的乘積，ΔΤ是指印 刷電路板工作時(shí)的溫升值，系數(shù)a、α與β由印刷電路板的銅箔厚度和印刷電路板的外層 銅箔或內(nèi)層銅箔所決定。
6.一種印刷電路板溫升分析方法，應(yīng)用于計(jì)算機(jī)中，該計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)有基于 多種印刷電路板銅箔厚度的外層銅箔和內(nèi)層銅箔的溫升計(jì)算公式，其特征在于，該方法包 括如下步驟選擇要計(jì)算的是印刷電路板外層銅箔還是內(nèi)層銅箔的溫升值；設(shè)置印刷電路板的銅箔厚度、電源層的布線寬度以及流過(guò)電子元件的電流值；根據(jù)選擇的外層銅箔或內(nèi)層銅箔以及設(shè)置的銅箔厚度確定計(jì)算溫升值的溫升計(jì)算公 式；及根據(jù)設(shè)置的印刷電路板的銅箔厚度、電源層的布線寬度、流過(guò)電子元件的電流值以及 所述溫升計(jì)算公式計(jì)算出該電子元件周?chē)木植繀^(qū)域溫升值。
7.如權(quán)利要求6所述的印刷電路板溫升分析方法，其特征在于，該方法還包括計(jì)算電 源層布線寬度的步驟，所述計(jì)算電源層布線寬度的步驟包括選擇要計(jì)算的是印刷電路板外層銅箔還是內(nèi)層銅箔的電源層的布線寬度； 設(shè)置印刷電路板的銅箔厚度、印刷電路板中流過(guò)電子元件的電流值和該電子元件周?chē)?允許的最高局部區(qū)域溫升值；根據(jù)設(shè)置的銅箔厚度以及選擇的外層銅箔或內(nèi)層銅箔確定溫升計(jì)算公式；及 根據(jù)設(shè)置的銅箔厚度、流過(guò)電子元件的電流值、該電子元件周?chē)试S的最高局部區(qū)域 溫升值以及確定的溫升計(jì)算公式計(jì)算出針對(duì)該電子元件設(shè)計(jì)所需的電源層的布線寬度。
8.如權(quán)利要求6所述的印刷電路板溫升分析方法，其特征在于，該方法還包括計(jì)算印 刷電路板溫度分布圖的步驟，所述計(jì)算印刷電路板溫度分布圖的步驟包括選擇需要計(jì)算的是印刷電路板外層銅箔還是內(nèi)層銅箔的溫度分布圖； 導(dǎo)入該印刷電路板的電流密度分布圖； 設(shè)置該印刷電路板工作的環(huán)境溫度以及印刷電路板銅箔厚度； 根據(jù)設(shè)置的印刷電路板的銅箔厚度以及選擇的外層銅箔或內(nèi)層銅箔確定計(jì)算溫度分 布圖所需的溫升計(jì)算公式；及根據(jù)電流密度分布圖、環(huán)境溫度以及溫升計(jì)算公式計(jì)算出該印刷電路板的溫度分布圖。
9.如權(quán)利要求8所述的印刷電路板溫升分析方法，其特征在于，所述電流密度分布圖 由特定的印刷電路板電流或電壓分析工具于該印刷電路板設(shè)計(jì)完成時(shí)對(duì)該印刷電路板進(jìn) 行模擬分析而得出，并保存于所述計(jì)算機(jī)中。
10.如權(quán)利要求6所述的印刷電路板溫升分析方法，其特征在于，所述溫升計(jì)算公式為 工=a*Sa*(AT) β，其中I是指流經(jīng)印刷電路板中各電子元件的電流值，S是指印刷電路 板銅箔的截面積，該截面積為印刷電路板的銅箔厚度與電源層的布線寬度的乘積，ΔΤ是指 印刷電路板工作時(shí)的溫升值，系數(shù)a、α與β由印刷電路板的銅箔厚度和印刷電路板的外 層銅箔或內(nèi)層銅箔所決定。
全文摘要
一種印刷電路板溫升分析方法，該方法包括選擇要計(jì)算的是印刷電路板外層銅箔還是內(nèi)層銅箔的溫升值；設(shè)置印刷電路板的銅箔厚度、電源層的布線寬度以及流過(guò)電子元件的電流值；根據(jù)選擇的外層銅箔或內(nèi)層銅箔以及設(shè)置的銅箔厚度確定計(jì)算溫升值的溫升計(jì)算公式；根據(jù)設(shè)置的印刷電路板的銅箔厚度、電源層的布線寬度、流過(guò)電子元件的電流值以及所述溫升計(jì)算公式計(jì)算出該電子元件周?chē)木植繀^(qū)域溫升值。本發(fā)明還提供一種印刷電路板溫升分析系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102043874SQ20091030856
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者何敦逸, 周瑋潔, 梁獻(xiàn)全, 許壽國(guó), 陳俊仁, 黃宗勝 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司