在進行熱模擬時，通常采用有限元或有限差分的方法解熱傳輸和流體流動方程。本文采用有限元分析。有限元對解復雜的幾何形狀更準確,允許在有些區域加密網格,如板或系統的部份區域比其他部份更為感興趣,就可以在這些區域把網格加密,而其他區域網格稀疏一點。但是網格加密不能從一種密度直接跳躍到另一種密度,只許逐漸加密。
2、基本傳熱原理及ANSYS有限元熱模擬流程
2.1熱傳導
傅立葉定律（又稱導熱基本定律）： （1）
式中：Q為時間t內的傳熱量，K為熱傳導率，T為溫度，A為平面面積，T為兩平面之間的距離。
2.2表面熱對流
表面積為Ａ，傳遞熱量Ｑ時, ,當表面與環境的溫差為Ｔw-Ｔf時
Ｑ=ｈＡ(Ｔw-Ｔf) (2)
ｈ為表面對流換熱系數.通過這個公式可以計算對流換熱系數。在本文中自然對流換熱系數主要通過這個公式來計算。這里PCB板的熱輻射可以不作考慮，故忽略。
同時這里值得提出的是PCB板上功耗元件的生熱率問題，功率芯片的耗散的功率在ANSYS中用生熱率HGEN來表示，其計算公式如下：
其中：P為功耗，V為元件的體積
2.3 ANSYS有限元熱模擬流程
本文通過ANSYS軟件創建幾何模型，以底向上和自頂向下方法創建實體模型。在創建實體模型過程中，由于電子元件結構復雜，為了網格劃分方便及結果的準確性，可以簡化實體模型，選用適合不規則形狀單元劃分的SOLID87 10節點單元。
3、有限元求解溫度場
3.1 二維溫度場實例分析
布局1：Chip1 ，Chip2并排一側邊，Chip3緊靠Chip1一側。
最高溫度為101.5℃，最低溫度為92.7℃。
布局2：Chip1 ，Chip2并排一側邊，Chip3在PCB板另一側。最高溫度為90℃，最高溫度為70.7℃。
3.2比較分析
1、比較兩個最終模擬溫度場的分析結果，可以明顯發現布局2的最高溫度和最低溫度均得到很大程度的降低（約10∽20℃），這個數值對電子的熱可靠性是非常可觀的。例如,統計數據表明,民航的電子設備每降低1℃,其失效率將下降4%,可見溫升的控制(熱設計)是十分重要的問題。從而提高設備的可靠性。
2、這兩個溫度場分布圖同時都體現了同一個問題：當元件分布較密集時，其溫度場分布呈不規則狀態，高溫區和低溫區無法確定。因此，在PCB板布局時應充分注意功耗元件密集區，此處應盡可能不放或少放熱敏感元件。
3、有限元分析中的對流換熱系數對于不同的元件值不同,而且如果僅用點測結果來計算會使ｈ值偏小,所以要作一些修正.把功耗大的ｈ值調用稍大,再把計算與測量結果對比,不斷調整ｈ值，直到基本符合為止.
4、在不同的溫度場分布中，雖然所顯示的顏色是一樣的，但同一顏色所表示的溫度值不一樣，它們是用來表明高溫區到低溫區的趨勢。
5、邊界條件也很重要,在建模時給定的邊界條件要確保正確。
3.3 三維溫度場實例分析
PCB板上有三個芯片，布局、所有參數同2。
4、結論與分析
1、從表面上看三維溫度場模擬結果不如兩維的理想，實際上并不是如此。在三維模擬中所指示的最高溫度是元件芯片位置,此處溫度實際上就比元件表面溫度高。所以，布局2的模擬結果是合理的。
2、三維模型更復雜。為了模擬結果的準確性，芯片材料可以等同看成是由三層不同材料構成，以簡化模型。
3、三維模型的建立以及結果的處理都要耗很大的精力和時間，而且對材料和結構要求要比二維詳細和具體。雖然三維模擬能得到更多的信息，但二維也可以快速的得到大致的溫度場分布情況。所以，在實際應用中，可以根據具體的實際情況決定選用這兩種方式。
