6SigmaET练习教程练习9_PCB文件的导入

案例九 PCB 文件的导入

一. 案例描述

6SigmaET 的 PCB 文件接口与 CAD 文件接口功能比较类似，通过导入文件来加快建模时间。这个功能主要是针对 PCB 等级的分析，可以建立非常详细的 PCB 模型。通过 PCB 文件导入可以建立任意形状的 PCB、任意角度摆放的器件、非常详细的走线。下面是本例中建立的 PCB 模型：

本案例需要关注以下知识点：

1. 常用的 IDF 文件格式，如 emn，emp，brd，bdf 等。 2. 走线文件格式：GERBER，ODB++。

3. 当器件非常多时，通过 CSV 文件导入功耗、热阻等属性。

4. 简化的 PCB、导入图像形式走线层的 PCB、导入实体走线层的 PCB 之间计算结果的差异。

5. 建模约半小时，前两个方案计算约需 5-10 分钟，详细走线方案约需

20-30 分钟。

二. 建立简化等级的 PCB 模型

创建自然对流模板

打开软件，点击 File >> New >> Natural Convection，建立一个自然对流的模型。

PCB 文件结构

PCB 文件分为几个部分：IDF、IDX、XFL 是含有 PCB 和它上面的器件的信息，GERBER 含有走线信息，ODB++则既含有 PCB、器件信息，又含有走线信息。其中 ODB++模块需要单独的额外付费的 License 才能使用。

导入 IDF 文件

点击 Import >> IDF，选择 emn 文件将其导入到软件当中。注意 emn 和 emp 文件是成对出现的，如果只有 emn 是无法导入成功的。导入时只需要选择 emn 文件即可，不需要再选择 emp 文件。

点击下一步后，会出现过滤功能和匹配功能。过滤功能可以根据设定的条件过滤到一些器件，比如一些非常细小的对计算影响不大的器件。用户需要设定长宽高小于多少来触发过滤。匹配功能则是依据器件的代号自动转换为 Component（芯片）、Capacitor（电容）、Inductor（电感）等不同种类的器件，一般保持默认即可。

一直点下一步，直到出现 Finish 页面。点击 Finish 按钮完成 IDF 文件的导

入。

适当调整求解域大小，并利用鼠标拖拽功能或对齐功能将 PCB 完全移动到求解域的内部。此时，错误提示消失。注意：鼠标移动到 PCB 蓝点附近时，光

标会变为蓝色的“十”字形状，才能触发移动功能。如果出现别的形状的光标，无法进行移动操作。

制作 CSV 文件

导入 IDF 文件后，可以看到器件分为芯片、电阻、电容、电感四类，总数为 122 个。电感总共有两个，其发热量先不考虑，我们只定义芯片、电阻、电容的功耗。

这么多的器件如果在属性表里一个个地定义热阻、功耗等参数的话会非常费时间。软件 Import 菜单里有 Import Properties 功能，可以导入制作好的 CSV 文件（可以包含属性表里所有可以输入的参数）来加快建模时间。

为了制作 CSV 文件，我们先将物体的属性导出。以芯片为例，选中所有的芯片，并勾选 View >> Property Tables。此时在视图区下面会出现所选中的芯片的属性表格，也就是将多个物体的属性用表格的形式列出来。

默认地，属性表格是中会列出所有的属性，在第一行上右键会出现一个菜单，用于选择表格中显示哪些属性。先选择 Deselect All 取消全部选择，再勾选 Reference Designator 和 Thermal Design Power 两个属性。

随便选择一个数值然后按快捷键 Ctrl+A 选中所有值，点击右键，在右键菜单中选择 Copy Values and Headers 复制表头和数值。

在电脑上新建一个 Excel 工作表，起一个名字，如 Component power。

将刚才复制的表头和属性粘贴，并输入每个芯片的功耗值。

然后将 Excel 表保存成 CSV 格式。

利用同样的方法分别选中电阻和电容，并分别制作 CSV 文件，电阻功耗如

下：

电容功耗如下：

Reference Designator

Thermal Design Power W

导入属性

点击 Import >> Import Properties，首先导入芯片功耗 CSV 文件。

在弹出的对话框中选择导入哪类物体的属性，选择 Component。

在 Object Unique ID 后选择与 CSV 文件中的 Reference Designator 列头匹配，以确认器件的代号。Thermal Design Power 与 CSV 文件中的 Thermal Design Power 列头匹配，以从该列中读取功耗信息。

点击下一步后，可以看到器件名称匹配情况无误。

点击下一步到最后一步点击 Finish 完成导入属性。

同样的步骤，导入电阻和电容的功耗。不同点在于电阻属性导入时 Object Type 需要选择 Resistor。

而电容属性导入时 Object Type 需要选择 Capacitor。

本例中我们只演示制作含功耗信息的 CSV 文件并导入，其实物体属性表中可以输入或选择的属性都可以制作成 CSV 文件并导入，例如芯片如果使用双热阻的定义方式，CSV 文件中可以新增两列含有 Jb 和 Jc 热阻值即可导入之，在此不再展开叙述。

查看摘要

建模完成后查看摘要能够有效地避免功耗等关键信息出现误输入或遗漏，点击 Home 菜单中的 Summary，模型总功耗为 12.92W。

设定 PCB 属性

选中 PCB 在其属性表中将 Number Of Conductor Layers 设置为 2，即两层板。将 Conductor Planar Percentage 即每一层的含铜量设为 35.417%。可以看到，软件会自动计算得到 PCB 整体的法向导热系数约 0.34，而平面内导热系数约 17.3。 Modelling Level 为 Simplified Average，即简化等级的 PCB，是不含各导电层详细信息的。

调整 PCB 网格

对 PCB 上的网格适当加密一下，先选中 PCB 为其建立 Grid Control。

Grid Control 的属性里，加密方式选择 Geometry Based，Construction 里勾选 Apply To Solid，Maximum Size In Solid 设置为 1mm。

点击生成网格，并查看网格效果如下图所示（网格切面调整见前面相关案例）。

三. 开始计算并查看简化模型的结果

开始计算

环境温度保持为默认的 20 度不变，辐射参数也使用默认值，点击 Solve 按钮开始进行计算。

当变量稳定、残差收敛后计算完成。

查看结果

加载 PCB 图层温度结果。

表面温度云图如下。

四. 建立详细等级的 PCB

前面建立的 PCB 是不含有走线信息的，通过 GERBER 文件我们可以导入走线信息。导入 GERBER 时有两种选择：

1. 走线层（Conductor Layer）以图像形式导入。优点是不占用网格而又能计算出铜分布不均对温度分布的影响，结果与实际产品误差更小，前面

建立的简化模型是无法实现的。这种方式建立的走线层无法用于焦耳热的计算。

2. 走线层以实体形式导入。将会耗费一定的网格，计算速度也将变慢，但结果最接近于实际，也能用于焦耳热的计算。

以图像形式导入 GERBER 文件

先进入版本树，在原始方案上建立新的方案。

为新方案取名以便区分。

先选中 PCB，然后点击 Import >> Gerber 将此 PCB 的两个走线层导入。

此时出现导入走线层的对话框，点击下一步。

利用右侧的上下箭头调整两层在 PCB 厚度方向上的摆放顺序，名为 Top Layer 的层放在上方。

然后在下一步中勾选 Import Detailed Layers As ，即以图像形式导入。

此时，在 PCB 的属性里可以看到 Modelling Level 已自动更改为 Explicit Layers 即详细等级，软件也自动根据 GERBER 文件得到了法向和平面内的导热系数，可以看到和我们前面在建立简化 PCB 时设定的值非常接近。

选中某层可以在属性表里看到软件自动提取的该层的含铜量的比例，勾选 Map To Grid 选项，在计算时软件会将图像插值到附近的网格上，从而体现出不同区域含铜量不同所引起的导热性能的差异。

将新方案计算，并查看结果。

导入实体走线

进入版本树，双击原始方案激活之，并在其基础上建立新方案。

重复前面以图像形式导入走线层的步骤，直到下面这一步，将 Import Detailed Layers As 取消勾选，即以实体形式导入 GERBER 文件。

导入完毕后，查看某一层可以看到走线是有具体的厚度三维几何体。

进行计算并查看温度结果。

对比三个方案

6SigmaET练习教程练习9_PCB文件的导入

点击 Results 菜单中的第一个图标在同一窗口中对比三个方案。

效果如下图所示，可以看到简化方案中由于 PCB 各区域具有均匀的导热性能，不同区域温差也更小一些，器件的具体温度与其他两个方案相差较大。导入图像方式和导入实体方式建立的 PCB 板面上的温度分布趋势非常接近，只是各器件具体的温度略有差异。

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