Thermal analysis of a PCB with a chip thermal Flow in Nx Siemens SimCenter | simulation unigraphics

thermal Flow Thermal analysis of a PCB with a chip in Nx Siemens SimCenter tutorial for beginner
In this tutorial, you will simulate the heat transfer from an electronic chip to the printed circuit board (PCB). This tutorial presents Simcenter Thermal.
Create an orthotropic material
Start by creating an orthotropic material you will use for the PCB.
A value of 1 is used for non-thermal properties as these are required by the interface but not used during the analysis.

The material density is 2700 kg/m3, specific heat is 396 J/kg·K, and the orthotropic thermal conductivity is 0.009 W/mm °C, 0.041 W/mm °C, and 0.00055 W/mm °C in the X, Y and Z directions.

Create a 2D mesh for the PCB
Mesh the PCB with a 7 mm element size 2D mesh, and apply the orthotropic material you just created. The thickness of the board is 1.8 mm.

Create a 3D mesh for the chip
To model the chip, use a 3D tetrahedral mesh and apply an isotropic material with the following values: density 2700 kg/m3, thermal conductivity 383 W/m K, and specific heat 380 J/kg K.

Create a heat load
A heat load defines the power or energy per time applied into the selected geometry. Apply a 5 W heat load to the top surface of the chip.

Create a temperature constraint
A temperature constraint defines known temperatures of a heat source or heat sink within the thermal model. Apply a temperature constraint of 25°C to the edge of the PCB opposite the edge closest to the chip.

Create contact thermal coupling
A thermal coupling models conduction between the entities of components that are physically or thermally in contact. Create a thermal coupling between the chip and the PCB.

Create a convection constraint for the chip
A convection constraint simulates convection for one or more surfaces by implicitly modeling the movement of fluid at a specific temperature in contact with one or more surfaces. Assume that the convection coefficient on the top and side faces is averaged to a single value of 24 W/m2°C.

Create a convection constraint for the PCB
Now create a convection constraint for the PCB with a lower heat transfer coefficient of 19 W/m2°C.

Set up a run directory
The run directory determines which directory is used to save the simulation files.

Solve the model and Display the results

Display the temperature gradient on the chip
Observe the temperature variation on the chip and change the post processing display to banded. Each uniform band of color corresponds to value limits shown on the color bar.
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urchfluss Thermische Analyse einer Leiterplatte mit einem Chip im Nx Siemens SimCenter
In diesem Tutorial simulieren Sie die Wärmeübertragung von einem elektronischen Chip auf die Leiterplatte. In diesem Tutorial wird Simcenter Thermal vorgestellt.
Erstellen Sie ein orthotropes Material
Erstellen Sie zunächst ein orthotropes Material, das Sie für die Leiterplatte verwenden.
Für nichtthermische Eigenschaften wird der Wert 1 verwendet, da diese von der Schnittstelle benötigt werden, aber während der Analyse nicht verwendet werden.

Die Materialdichte beträgt 2700 kg / m3, die spezifische Wärme 396 J / kg · K und die orthotrope Wärmeleitfähigkeit 0,009 W / mm ° C, 0,041 W / mm ° C und 0,00055 W / mm ° C im X, Y- und Z-Richtungen.

Erstellen Sie ein 2D-Netz für die Leiterplatte
Vernetzen Sie die Leiterplatte mit einem 2D-Netz mit einer Elementgröße von 7 mm und wenden Sie das soeben erstellte orthotrope Material an. Die Dicke der Platte beträgt 1,8 mm.

Erstellen Sie ein 3D-Netz für den Chip
Verwenden Sie zur Modellierung des Chips ein 3D-Tetraedernetz und tragen Sie ein isotropes Material mit den folgenden Werten auf: Dichte 2700 kg / m3, Wärmeleitfähigkeit 383 W / m K und spezifische Wärme 380 J / kg K.

Erstellen Sie eine Wärmelast
Eine Wärmelast definiert die Leistung oder Energie pro Zeit, die auf die ausgewählte Geometrie angewendet wird. Wenden Sie eine Wärmebelastung von 5 W auf die Oberseite des Chips an.

Erstellen Sie eine Temperaturbeschränkung
Eine Temperaturbeschränkung definiert bekannte Temperaturen einer Wärmequelle oder eines Kühlkörpers innerhalb des Wärmemodells. Wenden Sie eine Temperaturbeschränkung von 25 ° C auf die Kante der Leiterplatte gegenüber der Kante an, die dem Chip am nächsten liegt.

Kontaktwärmekopplung erstellen
Eine Wärmekopplung modelliert die Leitung zwischen den Einheiten von Bauteilen, die physikalisch oder thermisch in Kontakt stehen. Erstellen Sie eine Wärmekopplung zwischen dem Chip und der Leiterplatte.
Erstellen Sie eine Konvektionsbeschränkung für den Chip
Eine Konvektionsbeschränkung simuliert die Konvektion für eine oder mehrere Oberflächen, indem implizit die Bewegung von Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur in Kontakt mit einer oder mehreren Oberflächen modelliert wird. Angenommen, der Konvektionskoeffizient auf der Ober- und Seitenfläche wird auf einen einzelnen Wert von 24 W / m2 ° C gemittelt.