隨著電子產品的集成度越來越高，PCB板的尺寸越來越小，板級芯片散熱的問題越來越成為電子工程師的一個重要挑戰。 對于板級芯片散熱，主要依靠工程師對 PCB自身的設計進行優化 ，同時要兼顧系統的尺寸和成本。 本文分別從芯片角度和PCB角度進行建模，芯片模型選用QFN封裝，PCB模型采用走線導入模型，探討了芯片結構，PCB銅厚，PCB疊層厚度對芯片散熱的影響。

2、建模過程

為了最大程度的還原仿真對象，PCB模型采用Icepak自帶PCB模型，通過導入真實的走線Trace真實模擬PCB的散熱能力。 芯片也是采用Icepak自帶的Package模型 對QFN封裝進行詳細建模。

2.1 PCB 板建模

通過ODB模型導入PCB 走線信息，并編輯PCB的疊層及銅厚：

設置板子尺寸為23X40mm

PCB銅厚為1oz（0.035mm）

PCB總疊層厚度為1.64mm

不考慮走線電流發熱影響（ 可通過SIwave導入，關注我后續帶你分析！ ）

圖2.1 PCB 參數和走線導入設置

圖2.2 PCB 導入走線后視圖

2.2 QFN 芯片封裝建模

根據數據手冊尺寸設置QFN 芯片尺寸：

芯片外尺寸6x6x0.75mm

芯片Die尺寸3x3mm

散熱盤尺寸5.4x5.4mm

芯片損耗為0.165w

其他按照規格書設置

圖2.3 QFN 芯片封裝設置

圖2.4 QFN 芯片參數說明

2.3 基于熱阻模型的芯片建模

使用QFN的熱阻參數，建立二維熱阻模型：

MinZ 為緊貼PCB的面（Bottom）

Rjc為 Junction-Case 熱阻

Rjb為 Junction-Bottom 熱阻，為主要傳熱路徑

芯片損耗為0.165w

圖2.5 QFN的二維熱阻模型

3、仿真結果

靜態PCB散熱主要形式為 自然對流和輻射散熱 ，通過重力模擬，和DO輻射模型對PCB進行仿真，參數設置如下：

圖3.1 仿真參數設置

通過芯片和PCB的詳細建模，可以獲得散熱模型的各種散熱細節的仿真結果：

圖3.2 PCB 表面散熱云圖

圖3.3 PCB 內層散熱云圖

圖3.4 PCB 周邊自然對流情況

對仿真結果進行處理和分析：

由上述仿真結果看出：

真實的QFN模型和熱阻模型溫度偏差不大，通過使用熱阻模型可以簡化建模過程

增加PCB 銅厚可以大幅度降低芯片溫度，但是成本增加

減少PCB 疊層厚度能夠降低芯片溫度，成本幾乎不變

PCB的擺放角度對芯片溫度有一定影響，但是影響有限

微弱的空氣對流，對芯片溫度影響不大

小結

本文通過對PCB和QFN芯片建模，模擬的多種工況條件下的芯片散熱，其中影響PCB散熱最直接的因素為 PCB疊層厚度和走線銅厚 ！