ANSYS Icepak应用于PCI-e板卡的热设计优化

本文摘要（由AI生成）：

遥感探测装置内装有一块用于卫星通信的高热耗PCI-e板卡，需寻找最佳散热方式以降低其温度。通过CFD热模型模拟计算，发现热管散热器是最有效的选择。优化后的散热器设计成功将所有器件温度控制在合理范围内，并有效降低了板卡各器件的结温。

某一遥感探测装置内装了一块高热耗的PCI-e板卡，用于卫星通信。遥感探测装置是卫星与卫星控制中心之间最关键的桥梁。根据不同的工作条件，PCI-e板卡将散发40-50w的热耗。目前需要寻找最佳的散热方式，将PCI-e板卡上BGA的温度降低到最低。

对于这个级别的热耗，热管散热器是一个最有效的选择。目前高端显卡均使用热管散热器来进行散热。使用Icepak建立详细的PCI-e板卡CFD热模型，包括FPGA、PHY、DDR、DDS、Omap、LTM芯片、RF、散热器等等。PCB板的热模型通过导入客户提供的ECAD布线来建立。系统被放置在55C的环境温度下进行模拟计算，高海拔环境（压力为75000pa），空气流量300LFM。

对原始CFD模型进行计算，可以得到整个系统内的气流、温度分布；各个器件的结温；外壳的温度分布。针对计算的结果，我们进行了以下的改进：

——对于温度超过或者接近最高限制的器件，计算出其需要的最小散热器热阻，以将它们的温度控制在合理范围之内；

——对超过最小结温要求的器件进行热路设计；

——优化散热器结构。

优化的散热器如下图：

使用上图的热管散热器，可以在上述环境下（55C，75000pa、300LFM），所有器件的温度均低于限制的最高温度；顶面的Baffle导流板必须存在，它将阻止并破坏气流的短路现象，深刻降低板卡各个器件的结温；内嵌于基板的热管会将芯片的热耗尽快导致翅片上，有效地“增大”了散热器的散热面积。