越來越多的封裝/ PCB系統設計需要熱分析。功耗是封裝/ PCB系統設計中的一個關鍵問題，需要仔細考慮熱區域和電氣區域。為了更好地理解熱分析，我們可以以固體中的熱傳導為例，并使用兩個域的對偶性。圖1和表1給出了電場和熱場之間的基本和基本關系。

圖1.電域和熱域之間的基本關系

電和熱域之間存在一些差異，例如：

• 在電學領域，電流被限制在特定電路元件內流動，但在熱域中，熱流通過三種熱傳導機制中的任何一種或全部從熱源發出三維：傳導，對流和輻射。

• 元件之間的熱耦合比電耦合更加突出且難以分離。

• 測量工具是不同的。對于熱分析，紅外熱像儀和熱電偶取代了示波器和電壓探頭。

當溫度梯度存在于固體或固定流體介質中時發生熱傳導。熱對流和輻射是比傳導更復雜的熱傳輸機制。熱對流發生在固體表面與不同溫度下的流體材料接觸時。熱輻射是來自所有物質的電磁輻射的發射，溫度大于絕對零度。圖2顯示了三種熱傳輸工作圖。所有上述熱傳遞機制的一維應用的描述性方程可以表示為表2所示。

圖2.三種熱傳輸機制圖

哪里：

Q是單位時間內傳熱量（J / s）

k是熱導率（W /（Km））

A是物體的截面積（m2）

ΔT是溫差

Δx是材料的厚度

hc是對流換熱系數

hr是輻射傳熱系數

T1是一側的初始溫度

T2是另一側的溫度

?小號是固體表面的溫度（?C）

Tf是流體的平均溫度（oC）

Th是熱端溫度（K）

Tc是冷端溫度（K）

ε是物體的發射率（對于黑體）（0?1）

σ是Stefan-Boltzmann常數= 5.6703×10-8（W /（m2K4））

SigrityPowerDC是一種經過驗證的電氣和熱量技術，多年來一直用于設計，分析和簽署實際封裝和PCB。集成的電氣/熱量聯合仿真功能可幫助用戶輕松確認設計是否符合規定的電壓和溫度閾值，而無需花費大量精力來篩選難以判斷的影響。借助這項技術，您可以獲得準確的設計余量并降低設計的制造成本。下圖顯示了PowerDC用于電氣/熱量聯合仿真的方法：

圖3. PowerDC電氣/熱協同仿真方案圖

除了E / T協同仿真外，PowerDC還提供其他與熱量有關的功能，例如：

• 熱模型提取（圖4）

• 熱應力分析（圖5）

• 多板分析（圖6）

• 芯片封裝板協同仿真（圖7）

借助這些技術和功能，您可以方便快捷地評估包裝或印刷電路板設計的圖形和數字熱流和熱輻射。

圖4.包熱模型提取

圖5.封裝熱應力分析示例

圖6.多電路板熱分析

圖7.使用Voltus-PowerDC進行芯片封裝熱協同仿真