一、电子设备热分析的理论基础
1.热导效应
热导效应是传热最为基本的形式之一，其实质是一种导热过程，又被称之为热传导，可以通过傅里叶定律对热传导进行表达。通常情况下，当某个物体内的温度分布仅仅依赖于一个空间坐标时，并且温度分布不会随着时间的变化而发生改变，那么热量只会沿着温度降低的方向进行传递，这个过程被称为一维定态热传导。在一般的热传导中，温度会随着时间和X、Y、Z三个坐标而变化，并且在变化的过程中，会伴有热量产生或消耗，此时的热传导被称为三维非定态热传导，可以通过热扩散方程进行描述。
图1热仿真设备的传导效应
2.对流换热
所谓的对流换热具体是指固体表面与其周围接触的流体之间，因温差的存在所引起的热量交换过程。这一过程可分为以下两种情况，一种是自然对流，另一种是强迫对流。由于手机PCB上，对PA/PM等器件都有屏蔽罩，罩的空气基本处于静止状态，所以对与手机PCB板来说，多为静止方式的热对流。
3.辐射换热
这种传热方式是指物体本身可以发射电磁能，发射出去的电磁能会被其它物体吸收转换为热的过程。辐射至少需要两个物体，在系统中每个物体不但能够发出辐射，而且还能吸收热量。对于手机这种方式比较少。
二、软件热仿真建模
随着电子产品设计项目的不断增多，相关的热分析软件开发取得了一定成绩。目前，比较常用的Icepak和Flothrem软件可以针对电子设备的设计进行不同流体条件下不同物理模型的构建，有效了解一些电子设备散热设计中的典型问题。
1.物理建模
在本次研究中，选用带有发热源的功率手机，为了计算总功耗，须作出以下假设 ：长 170mm 宽 70mm 的典型手机，处在表面温度均匀的理想状态下。在表面发射率为 0.8 的保守假设下，当环境温度为 25° C 时，辐射热传导产生的热功耗占据总功耗的一半以上。
为达到 41° C 的触摸温度，参数需认真设计。应将手机设计成尽可能等温的，以使其到周围环境的散热最大化。如此，手机在不超过最大允许的触摸温度的情况下，表面温度尽可能高于周围环境温度以进行最大程度的换热。
在建立模型时需要设置一些主参数 ：（1）环境参数 ：模型外部环境温度为 25℃ ； （2）主要尺寸参数 ： 按模型的外形尺寸建立 ；（3）功耗参数 ： 设置每个部件的功耗 ；（4）材料参数 ：本模型工涉及金属，塑胶，铜等材料，设置各自的导热系数。
2.网格划分
一旦确定了需要求解的区域，就需要划分需要计算的网格。执行系统网格预设和增量细分设置。在大多数情况下，可以使用网格约束，即添加局部网格和网格位置，以便将网格精确设置在需要温度梯度大的位置上。在创建网格时要特别注意网格的质量。例如，使用GridSummary，可以排除具有高纵横比和高失真的栅格单元。
3.求解步骤与结果
3.1求解过程
在IGBT模块周围设置几个我们所关注位置的温度探针，比如正面、背面、侧面手握位置等等，利用软件内部的求解器进行求解。设计的目的是使触摸温度保持在41℃或以下，针对手机外壳采用的不同热传导率的材料，已进行了一些参数研究。
结果显示在图2中。此项研究假定每次仿真的功耗相同，唯一变化的是外壳的热传导率参数，这表明用热传导率高的材料，热点温度下降越明显。
要使热点温度下降，可在手机外壳内安置高传导率的散热器，或对其外壳使用高传导率的材料。值得注意的是，手机外壳的热传导率影响其表面触摸温度，当热传导率下降时，表面触摸温度会上升。比如手机外壳用塑料，由于塑料的低传导率会导致外壳与皮肤间较少热量的传递，那么用户感知的外壳温度会比用铝制成的外壳温度要低，感觉会更凉爽些。
图2不同材料的热点温度情况
3.2结果分析
由软件仿真计算结果可知，建立正确热模型，可以快速测试设计效果和材料变化引起的效果，并从中提取几个测试点与实验数据进行比较，结果精度基本满足工程需求，从而避免测试样机导致的高成本和进度的延误。热设计工程师能够利用仿真软件进行准确仿真，从而无需制造样机进行检测，只需对最终产品样本进行检测即可。
三、热仿真实例
手机空间狭小，并要求过粉尘、跌落、静电等实验，密封性好，目前没有强制对流方法，因此改变导热系数、增加散热面积、改变物体黑度是热对策有效方法。散热是将局部热量尽量均匀扩散到整个机构内部，并通过热辐射和对流交换到机构外部。手机散热将局部热量尽量多的扩散手机内部热量低的地方，然后内部热量热辐射或对流到手机外部空气中。手机的摄像头和 CPU 部位是最热，且热点非常集中，要把热导到发热量少的电池部分。设计上要通过增加导热系数好的材质，铜管的导热系数非常高，但也空间需要比较大，因此要在设计上先确认是否加与不加，通过热仿真软件对着两个方案进行模拟，模拟结果如表 1 所示。
通过软件仿真可以看出，增加铜管后，最高温度也降了，整机温度更均匀，因此该设计方案是有效了，可以在设计上导入。
结束语：在电子设备结构设计中，通过热仿真的应用，能够快速且准确地获得热设计的分析结果，这样设计人员便能对设备的散热能力有所了解，通过改变各种设计进行模拟对比，找到最佳方案，不用做实际样机调试，减少了开发时间和更改费用，有助于设计水平的提升。
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