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FloTHERM电子热流分析


业界证明的世界领先的电子热流分析解决方案
 
1.       概述
与传统的分析不同,FloTHERM软件提供的“设计级分析”不追求学术方面的高深,只着眼于电子散热行业的实际工程应用问题,选取最恰当的方法,用快捷简便的方法加以解决。“设计级分析”不要求工程师有相关方面的CFD理论背景,也不要求接受较长的培训,FloTHERM软件提供了操作简易但功能强大的热流仿真功能,使得工程师在短期内能快捷方便地得到仿真结果,并将大量的时间投入到设计方案的优化和产品的改进上去。
 
依据独立的第三方调查显示,目前全球70%以上的电子产品热设计工程师都在依靠本公司的FloTHERM进行散热设计,客户包括大型跨国电气产品制造商、全球所有位于前十位的PC/工作站/大型计算机制造商、所有主要的电信交换设备制造商、所有主要的网络硬件制造商、世界上最大的半导体制造商和航空航天及军事领域内最大的几个供应商。
 
每年FloTHERM用户均有机会参加坤道公司举办的各类研讨会和讲座并相互交流,非常利于设计人员水平的提高。由于有全球主流厂商的支持,用户也可以很容易地从各供应商或坤道公司获取从IC、散热片到风扇、电源等部件的模型用于产品整体分析,这些优势是其他同类软件产品无法相比。
 
根据我们的调查,98%的客户满足于我们的服务,乐意向同行推荐我们的软件
 
2.       应用范围:
  • 元器件级:芯片封装的散热分析;
  • 板级和模块级:PCB板的热设计和散热模块的设计优化;
  • 系统级:机箱、相柜等系级散热方案的选择及优化、散热器件的选型;
  • 环境级:机房、外太空等大环境的热分析;

 
3.       软件包含的主要模块:
  • FloTHERM-核心热分析模块,利用它可以完成从分析模型建立、网格生成、求解计算、到分析报告等所有基本功能;
  • COMMAND CENTER-优化设计模块,进行目标驱动的自动优化设计,可以进行产品温度、系统流场、重量及结构尺寸等方面的自动优化设计;支持DOE(实验设计法),SO(循序优化),RSO(响应面法优化)等先进优化方法;
  • VISUAL EDITOR-先进的仿真结果动态后处理模块,用于仿真结温的图形和动画输出;
  • FloMCAD.Bridge-机械设计CAD(MCAD)软件接口模块,用于机械CAD软件的模型导入和导出;
  • FloEDA-电子电路设计软件(EDA)高级接口模块,不但支持EDA软件的IDF格式PCB板模型导入,还有直接接口读入Candence/Alegro、Mentor/Boardstation及Zuken/CR5000等EDA软件走线、器件参数、过孔等详细模型,并设置各种器件过滤选择;
  • FloTHERM.PACK-基于互联网的标准IC封装热分析模型库,用于芯片热封装模型
 
4.       全面的仿真能力:
  • 传热分析:全面分析电子系统的热传导、对流及热辐射、分析出电子设备内部的温度场和热流量场等;
  • 流场分析:自然冷却、强迫冷却及混合冷却, 的分析功能,全面分析出电子设备内的速度场、流量场及压力场;
                                              
                  自然对流                                                 强迫对流        
  • 瞬态分析:具备变化功耗和变化环境的瞬态分析功能,不但可以进行开机、关机、故障的瞬态分析,同时也能进行变化功耗及环境变化情况下的瞬态分析;
瞬态功耗及其温度响应
 
  • 辐射计算:全部采用Monte-Carlo方法进行辐射计算,完美地解决了Monte-Carlo方法计算量大的缺点,不采用其它精度差的角系数计算方法,是目前唯一可以全部采用Monte-Carlo方法进行辐射计算的电子散热仿真软件,非常适合密闭设备及外太空电子设备的计算;
外太空电子设备的热分析
 
  • 太阳辐射:自动确定太阳的入射角和辐射强度,可以计算太阳辐射的遮挡、吸收反射、透射折射,同时可以分别考虑太阳辐射的吸收率 与红外发射率 的不同;
太阳辐射的模拟
 
  • 液冷分析:可以分析含多种冷却介质的散热系统,如对液冷、风冷同时存在的电子设备或冷板等的热分析;
多项冷却介质冷却模型
 
5.       参数化的建模功能
FloTHERM软件提供了专门应用于电子设备热分析的SMARTPART技术,提供了电子设备的参数化三维建模:
1) 基本几何形体的建模:
提供了立方体、棱柱、圆柱、圆球、斜板等基本形体的模型建立:
Racal公司的雷达防御系统热分析
Ascom公司的散热模组分析
 
2) 典型电子器件的建模:
提供了机箱、风扇、散热器、滤网、热交换器、热管、冷板、TEC(半导体制冷器)等电子设备内的常有器件的参数化模型建立:
机箱模型
轴流风扇
离心风扇
 
3) 简化模型的建立:
 可以进行模型的简化,软件提供了薄板导热模型和热阻-热容网络模型,同时也提供热源和阻尼模型的建立,将器件的热源特性和阻尼特性进行输入仿真:
 
薄板导热
 
热阻-热容网络模型
 
6.       专业的求解器与网格技术
  • 求解器:采用专门针对电子散热的有限体积法求解器,与传统的CFD求解器不同,FloTHERM求解器不但应用了数值方法的解算,同时结合了大量专门针对电子散热而开发的实验数据和经验公式,这些实验数据和经验公式多数为Mentor Graphics Mechanical Analysis Division独家拥有,是Mentor Graphics Mechanical Analysis Division专注于电子设备热设计行业近二十年中最为宝贵的财富之一;

  • 收敛准则:Mentor Graphics Mechanical Analysis Division为CFD软件在电子热仿真领域的应用专门开发了收敛准则,公司的研发人员认为,一个良好的收敛准则必须符合两个条件:1)保证收敛可靠,即如果软件认为收敛,就应该较好地得到一个真实的解,而不能像传统的通用CFD软件一个需要人为地去判断解的可靠;2)收敛准则应该由软件自动提供,而不应由工程师人为提供;FloTHERM软件完美地实现了以上两点;
 
 
Flotherm软件的收敛
 
  • 网格技术:FloTHERM软件采用先进的非连续嵌入式网格技术和Cut Cell网格切割技术。FloTHERM软件配有专门针对于电子散热行业的半自动网格技术,可以确保工程师在网格上投入的时间远远低于其它软件,同时与其它软件不同,FloTHERM软件的网格不但在质量上更容易得到保正,同时占用的内存和CPU资源都比其它软件少四倍以上;
                               多层嵌入的局部化加密网格技术
 
 
7.       动态的可视化后处理技术
软件提供了专门的表格后处理与图形可视化后处理模块,可以提供:
  • 任意截面的标量或矢量可视化、温度、压力、速度等值面图;
  • 固体物体表面温度分布;
  • 流体运动的动态流线、逼真的示踪粒子运动动画图;
  • 流体质量流、热功率流、误差空间分布等多种可视化手段;
  • 任意计算结果包括温度、压力、速度等值的表格输出;
  • 提供用户大量的分析结果总结性数据:如传导、对流、辐射三种传热路径的效果,器件任何表面的对流换热系数,风扇真实工作点,通风孔的进出流量等等;
 
ASIC芯片的结温
PCB温度云图
 
红外格式的后处理输出
流场的后处理动画
 
电源设备内的流场
计算机内部的流场
 
8.       强大的自动优化功能
FloTHERM软件配备功能强大的优化设计模块COMMAND CENTRER,可以对设计方案进行全面的优化设计,软件依据工程人员设定的优化目标和设计约束,自动寻找结构、尺寸、布局、物性等各种设计变量的最优组合,软件提供:
  • DOE(Design of Experiment)优化设计,跟据用户设计的方案,进行自动计算选优;
  • SO(Sequential Optimization)优化设计,跟据用户设定的参量范围和约束条件,进行最优方案的自动选择;
  •  RSO(Response Surface Optimization)响应面法优化设计, 最新加入的快速优化算法, 保证寻优算法, 保证寻优效能的同时又大大加快了优化速度;
 
 
                                                  散热器的优化示例
 
 
FloTHERM优化的时候还支持网络并行计算,可以在多台计算机上同时进行计算,大大加快优化计算速度。

 
9.       专业的数据库
FloTHERM软件是全球最一个用于电子散热的CFD软件包,跟据第三方公布的统计数据,目前拥有70%以上的市场份额,目前,FloTHERM软件不单纯是一个仿真软件,更是为散热工程师进行热方案设计和数据交换的一个强大数据库,软件拥有的数据库包括:
 
1) 软件的基本数据库:FloTHERM软件提供了远远多于其它软件的数据库,数据库可以导入,也可以输出,可以由用户自已建立企业平台的公用数据库;
 
  • PC机箱
  • 芯片库
  • PCB库
  • 风扇库
  • 滤网,打孔板库
  • 散热器库
  • 接触材料(导热垫片)
  • 材料库
  • 网格
  • 流体
  • 工况
  • 辐射属性
  • 阻尼
  • 热源
  • 瞬态函数
  • 计算模型
 
2) 基本WEB的公开数据库:鉴于FloTHERM软件在电子热仿真行业的强势地位,FloTHERM软件已成为上下游客户的热模型交换平台,各大散热器材产品的供应商将其产品的FloTHERM热模型公布于一个免费的WEB网站http://www.smartparts3d.com/上,用户可以在网站上免费下载仅适用于FloTHERM软件的散热产品热模型,包括风扇、滤网、散热器、热管、电容器、电源模块)与材料(各种金属与非金属、特殊导热材料等)模型等:
www.smartparts3d.com 散热器材数据库 
 
3) JEDEC组织唯一认证的IC热封装模型库FloTHERM.PACK模块, 在90年代中期由ST、Nokia、Philips、Infineon等IC硬件厂家提供硬件支持,由Mentor Graphics公司Mechanical Analysis Division开发了芯片的热封装检索数据库FloTHERM.PACK,用户仅需提供芯片的封装代号和外观尺寸,FloTHERM.PACK模块就可以提供包括引线、基板、管脚等所有结构细节和材料参数的芯片热模型,利用FloTHERM.PACK的热模型,工程师可以直接仿真出芯片的结温和壳温;
 
让你几秒生成芯片的热模型- FloTHERM.PACK
 
通过FloMCAD.Bridge接口模块进行结构模型导入
 
手机模型的导入
 
通过FloEDA接口模块进行PCB模型导入
 
10.  全面的设计链和产业链
Mentor Graphics公司Mechanical Analysis Division进行电子散热设计行业二十年来,已发展成为一个包括学术研究、软件仿真、硬件测试等诸多方面的领先公司。
 
在学术研究方面:公司资助举办了全球最负盛名的行业学术论坛http://www.coolingzone.com/,同时发行了专业的学术技术期刊《ELECTRONICS COOLING》http://www.electronics-cooling.com/ ,积极推动电子散热行业的发展,公司的研发人员也多次担任电子散热行业高级学术会议SEMI-THERM的主席和执行主席。


公司出版的《Electronics Cooling》杂志 和常年资助的散热论坛
 
 在软件仿真方面:公司开发了一个集成的开发环境,可以让工程师进行多方面、多行业的软件仿真设计软件包括:
  • FloTHERM软件,全面的电子散热仿真软件;
  • FloTHERM.PCB软件,用于板级电子热设计和焊接热模拟的专业软件;
  • FloVENT,专业用于环境级热分析和暖通的仿真软件;
  • FloEFD,嵌入于PRO/E,CATIA,SOLIDWORK等MCAD软件的通用流场软件;
  • FloTHERM.PACKSIM,专门针对半导体行业主要热特征与热设计的高度自动化的仿真软件
< Flomerics公司的集成开发环境>
Mentor Graphics公司Mechanical Analysis Division的集成开发环境
 
另外公司也为其它公司开发了一系列的CFD软件,比较知名的有:
WEBTHERM,用于电源产品的热分析软件;
WEBTHERM仿真软件
 
      在硬件方面:公司推出了用于芯片、热管、LED等元器件的热测试仪T3STER和一系列的热测试芯片,用于元器件的热特性测试。
热测试仪T3ster
 
11.  FloTHERM软件在各个行业应用案例
  • 通信行业
强大的大规模计算功能,通讯机柜的热仿真中往往需要400万以上的网格,无论采用何种网格,在普通的PC机上,其它CFD软件根本无法提供这种计算规模。而FloTHERM软件在32位PC机平台上(2G内存,费时6小时),曾计算过1000万网格的模型,这是因为FloTHERM软件网格所占有的内存和CPU资源远较其它软件小;
通讯机柜的FloTHERM 分析                        某3G测试设备的热分析
 
自动的太阳辐射计算功能,在户外设备中,FloTHERM软件提供了自动的太阳辐射计算功能,可以进行考虑太阳外热源的仿真计算。
 
需要考虑太阳辐射的户外射频设备
 
  • 计算机行业
完整的产业链,在分工日益明确的计算机制造业,上游的CPU、各种板卡、机箱、电源制造商如英特尔、AMD,品牌的拥有者如IBM、戴尔、惠普、联想,下游的代工厂商富士康、华硕、英业达、仁宝等90%以上的工程师都采用FloTHERM软件作为热设计的平台,FloTHERM软件为其提供了良好热模型的交互平台,其中INTEL在公开的网站上推存的唯一热设计软件就是FloTHERM软件,AMD推出一系列的热设计规范也明确指出,要求使用FloTHERM软件作为热设计工具。
        计算机的流场仿真                              CPU及其Cooler的温度场
 
良好的技术支持,坤道公司拥有经验丰富的工程师队伍,具有多年从事电子产品热设计的经验,公司的销售策略一直是向客户销售一系列良好的服务,而不单单是一种软件,在INTEL推出ATX、BTX机箱架构之时,FloTHERM软件立即在软件当中推出ATX、BTX机箱的模板,方便工程师的
BTX机箱模板
 
 
  • 半导体/集成电路/元器件
强大的芯片建模功能,FloTHERM软件的FloTHERM.PACK提供了近乎神奇的芯片建模功能,FloTHERM.PACK数据库充许工程师在仅知道芯片外形的条件下就可以获得准确的芯片热模型,从而使得准确预测结温和壳温成为可能,目前FloTHERM.PACK已成为JEDEC组织唯一推荐认证的芯片热模型数据库。
                                    FloTHERM.PACK生成的芯片热封装模型
 
      学术研究上的领先,在JEDEC组织中,Mentor Graphics公司Mechanical Analysis Division以拥有大量热设计方面的专家著称,Mentor Graphics公司Mechanical Analysis Division推出了DELPHI模型(热阻网格模型)标准,因为普通的双热阻模型计算有较大的误差,而DELPHI模型可以完美解决这个缺点,目前JEDEC组织正在投票,准备定义Mentor Graphics公司Mechanical Analysis Division的DELPHI模型为标准的热封装模型。
DELPHI 芯片模型
 
  • 航空航天
专业辐射计算功能,对于外太空设备而言,辐射的计算非常重要,但是市场上用于电子散热的其它辐射并不提供专业的辐射计算功能,MONTE-CARLO方法是目前唯一可以准确计算辐射的选择吸收、多次反射和复杂遮挡的算法,但是由于计算量大,目前其它软件在计算复杂模型时却无法完全采用,最多只能保留该方法作为一个选项进行简单模型的计算,而FloTHERM软件完美地解决了这个问题,完全采用MONTE-CARLO方法进行辐射的计算,同时分离了太阳辐射和普通的红外辐射,可以考虑太阳吸收率 与红外吸收率 的不同。
某外太空电子设备的仿真结果           某外太空电子设备的FLOTHERM模型
 
  • 国防电子
求解的稳定可靠,毫无疑问,目前模型的建立和网格的划分都会带来数值上的计算误差,而工程师需要大量的时间和足够的经验去消除这些误差,而FloTHERM软件区别于其它软件的特点就是,它的网格和求解器都是专业针对电子散热行业的,目前除FloTHERM软件外没有一个CFD软件的网格和求解器是专业针对电子散热行业开发的,即使是其它用于电子散热行业的软件,其网格和求解器也是借用通用流场软件的网格和求解器。FloTHERM软件拥有从事电子散热行业近20年的从事经验和业内最大的客户资源,其求解器结合了大量的经验修正公式和试验数据,配合FloTHERM的网格技术,即使工程师划分了不当的网格,进行了过度的简化,FloTHERM软件也会得到准确的结果。
如果你想使用软件进行超音速、喷射等问题的CFD仿真,那请你咨询其它的通用流场软件,FloTHERM软件并不专业于此,但是如果你想进行电子散热设计,那FloTHERM软件独家拥有的大量经验公式和试验数据就是你最可靠的工具。
某军用电子设备散热器                             某相控阵雷达的热分析
 
  • 电力与能源
真正的优化,在电源等设计部门,如何进行散热器的设计是一个很重要的问题,良好的散热器,在达到良好散热效果的同时,也可以保持较轻的质量,FloTHERM软件提供了专业的优化功能,可以进行全自动的优化功能,与其它软件的优化不同,FloTHERM的网格技术较为简便,计算机可以根据物理模型的改变自动调整网格,自动优化计算,这就不但可以优化散热器,其布局也可以进行自动优化,更可以在优化结果中,使有图形的格式展示优化的趋势,可以说,FloTHERM软件提供了业内唯一真正的优化。
原设计方案                                               优化后方案
优化过程中显示的优化趋势图
 
      强大的数据库,打开软件,你会发现软件提供了专用于电子散热的数据库,这些数据库远比其它软件丰富,同时我们也提供了世界一流散热器材商的模型库,这些模型免费公布的网上,比如,一个电源,风扇的模型、MOSFET的模型,你都可以在网上找到,很多公司,如Philips,就将其全部型主动公布在网站http://www.smartparts3d.com/网站上。
公布在网上的JMC风扇模型                      公布在网上的Alpha Novatech散热器模型
 
  • 汽车电子
      优秀的后处理,现在的软件仿真当中,优秀的后处理不能再被认为是可有可无的末节,在“设计级”的仿真当中,一个良好的后处理可以帮助工程师快速发现设计瑕疵,热设计不能脱离产品的电气和结构设计,在与其它工程师进行协同设计时,良好的后处理可以让其它工程师快速理解热设计方案的优劣,减少沟通隔阂,同时也能让主管领导或客户方便地理解热设计工程师的设计意图,作出设计决断。
利用FloTHERM的后处理很快发现气流短路的不合理设计
DVD光盘转动的流场
 
  • 消费电子
      操作简便,FloTHERM软件不要求你是精通传热和流体的专家,在二十年前,开发FloTHERM软件的初衷就是为工程师提供简便的热流仿真工具,FloTHERM软件不追求技术的高深和应用面的广泛,软件的开发者并没有将FloTHERM软件的应用扩展到电子散热以外的任何领域中去,因为任何使用领域的扩展都会带来使用难度的增加,图中是一个2000年的投影仪,当时Infocus公司的工程师以方便快捷它的仿真模型,从而设计出了当时最小的投影仪。

Infocus公司于2000年推出的Dragonfly投影仪
 
          FloTHERM 全球部分客户

Communications
3 COM
ADC Telecommunications
Alcatel Business Systems
Alcatel CIT
Alcatel SEL
Alcatel Submarine
British Telecom
Cisco
Ericsson
Fujitsu
Intel
Huawei Technologies
Hughes Network Systems
Italtel
JDS Uniphase
Lucent Technologies
Marconi
Motorola
NEC
Nokia
Nortel
Philips PKI
QUALCOMM
Rockwell International
Samsung
Scientific Atlanta
Siemens ICN
Tellabs
Telrad
Thales Communications
Tyco Telecommunications Scientific Atlanta
Siemens ICN
Tellabs
Telrad
Thales Communications
Tyco Telecommunications
Computers
Apple
Bull
Dell Computers
EMC
Fujitsu
Hewlett, -Packard
IBM
ICL
Intel
Inventec
Mercury
Mot, orola
NEC
NCR
Samsung
Seiko-Epson
Siemens
Sony
Storage Technology
Stratus
Sun Microsystems
Toshiba
Unisys
Wistron
Xyratex
Consumer
Blaupunkt-Werke
Bose
Hitachi
InFocus
Konica
LG Elec, tronics
Linn Products
Pace Micro
Philips
Samsung
Sony
Aerospace & Defense
Airbus
Alenia Marconi
Allied Signal
BAE Systems
Bal, l A, erospace
Bechtel
Boeing,
China Aviation
EADS
Elta
ESA
Galileo Avionica
General Dynamics
Harris
Lockheed Martin
Naval Surface Warfare Center
Raytheon
Rockwell International
Siemens
Smiths Industries
THALES
TRW Avionics
Harris
Lockheed Martin
Naval Surface Warfare Center
Raytheon
Rockwell International
Siemens
Smiths Industries
THALES
TRW Avionics

 

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