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当前PCB电子元件密度比以前提高很多，功率密度也相对增加，PCB设计者不能忽视热效应的影响。由于电子部件的性能随着温度而变化，温度越高电气性能越低，所以在电路基板的设计过程中对PCB进行热性能分析，保证设备在正常条件下确实工作。
热分析有助于设计者确定PCB上的部件电气性能（图1），有助于设计者确定部件或PCB是否在高温下烧毁。简单的热分析只不过是计算PCB的平均温度，在复杂的情况下，对于包括多个PCB和数千个部件的电子设备构建瞬态模型。
正确输入为键
无论分析者在构造电子设备PCB和电子部件的热模型时如何谨慎，热分析的正确性最终取决于PCB设计者提供的部件的功耗的准确性，换句话说，如果输入不正确，则不能获得有用的。在许多应用中，重量和物理尺寸非常重要，当元件的实际消耗功率小时，设计的安全系数可能太高，并且基于实际的不一致或保守的元件消耗功率值对PCB的设计进行热分析和修改。
图1：目前PCB的部件密度非常高，为了保证系统正常工作，需要进行热量分析
与此相对（同时更严重）问题是热安全系数的设计太低，即元件实际运转时的温度比分析者的预测高，这样的问题一般通过安装散热装置或风扇冷却PCB来解决。由于这些外置附件增加了成本，延长了制造时间，并在设计上加上风扇，从而产生可靠性不稳定的要素，因此PCB现在不是被动冷却方式（例如自然对流、传导、辐射散热），而是主要采用主动冷却方式，使元件在较低的温度范围内工作。
热设计不良最终会增加成本，降低可靠性，可能发生在航空宇宙、汽车、消费电子产品等所有PCB设计中。正确决定元件的消耗功率，进行PCB热分析，有助于生产紧凑、功能性高的产品。PCB为了不降低设计效率，需要使用正确的热模型和元件消耗功率。
构成部件耗电计算
PCB精确确定元件的消耗功率是重复迭代的过程，PCB设计者需要知道元件温度来确定损耗功率，热分析者需要知道功率损失并输入到热模型中。设计者首先推测一个元件的工作环境温度，或者从初步热分析导出估计值，将元件的消耗功率输入微小化的热模型中，计算PCB和相关元件ldquo。节点rdquo；（或热点）的温度（图2），第二步骤使用新温度重新计算元件的消耗功率，并将计算出的消耗功率作为下一热分析过程的输入。理想地，该过程继续，直到该数值没有变化。
图2：稳定状态下PCB温度分析状况
但是PCB设计者通常面临需要快速完成工作的压力，没有足够的时间来决定电和热性能。一种简化的方法是PCB估计PCB的总功耗作为作用于整个表面的均匀热通量。热分析可以预测平均环境温度，设计者用来计算部件的消耗功率，通过进一步重复计算元件温度，可以知道是否需要其他工作。
一般的电子零件制造商提供包括正常工作的最高温度的零件规格。元件的性能通常受环境温度和元件内部温度的影响，消费电子产品采用塑料包装元件，其最高工作温度为85°C。另一方面，军用产品经常使用陶瓷元件，最高工作温度为125°C，额定最高温度通常为105°C。PCB设计者可以利用零部件制造商提供的ldquo。温度/功率rdquo；曲线在某个温度下决定元件的消耗功率。
是稳定状态还是过渡状态。
设计者和热分析者需要一起探讨，在什么样的工作状态下分析才能使设计满意。可以用额定功率进行稳态分析吗？还是使用最大功率？这些零件是同时运转还是运转切换时间之间有长的延迟。如果是后者，则需要瞬态分析。通常，可以以最大功率对所有元件进行稳态分析，在这种情况下，如果所有元件低于可接受的最高温度，则不需要进一步的研究。然而，由于许多元件可能超过容许温度范围，所以该方法通常不通用。
计算元件温度的最准确方法是瞬态热分析，并且可以考虑元件消耗功率的时间变化。然而，识别元件的瞬时功耗是困难的，并且在有限的设计时间内对PCB上的所有元件执行该工作根本不可能（图3），并且过渡分析需要将许多相关数据（例如质量和热容量）输入到热模型中。相对良好的折衷方法是在稳定条件下分别进行额定和最坏的情况分析。
热病患者
PCB受各种类型的热的影响，适用的典型热边界条件如下：。
从前后表面出来的自然或强制对流。
从前后表面发出的热辐射。
PCB从边缘到装置外壳的传导；
通过刚性或挠性连接器向其他PCB传导；
从PCB到支架（螺栓或粘结固定）的传导；
两个PCB三明治之间的散热片的传导。
两个表面之间的辐射传热与温度的平方成正比，只要两个表面之间的温差大，其影响就非常小。在宇宙的人造卫星中，放射线是唯一的传热方式，在汽车和消费电子应用中，如果元件温度接近运转极限，通常不考虑。
所谓自然对流，是指由于气体温度的差异而产生的浮力的气流，例如垂直于冷却框架排列的PCB的组，该气流能够穿过PCB之间，底部的冷空气被工作中的PCB加热，由此产生气流。
更有效的冷却方法通常是由一个或多个风扇实现的强制对流。对流传热与传热系数以及表面和空气的温度差成比例，自然对流传热系数通常为2？25W/m2K，强制对流通常为25？250W/m2K。为了决定对流传热系数使用了很多经验式，一般来说PCB使用平面型适用式。
热模拟工具
目前，从文本接口通用工具到图形用户界面PCB专用工具，可以有各种形式的热模拟工具，其中有限差分可以从有限体积或有限元中选择分析方法。价格和具体应用是决定模拟工具的两个基本标准。
基本热模型和分析工具包括用于分析任意结构的通用工具、用于系统流/传热分析的计算流体动力学CFD工具、以及用于详细PCB和元件建模的PCB应用工具。
图3:PCB上部4处的瞬态温度对应曲线
通用工具-此工具一般采用有限元法，可对任意结构进行建模，但需要建模和分析时间。该工具适用于包括多个不同功耗结构的大型对象，例如多个PCB电子设备。通常与PCB专用的热分析工具共同使用，使用通用工具分析系统的粗模型，为PCB及元件的详细分析提供边界条件。
CFD工具？这些工具利用有限容积法在平板流量假设效果不好的情况下用于分析液体流。如上所述，该工具经常与专用工具PCB一起使用，以提供与传热系数表面的局部空气温度有关的边界条件。这个模型一般比较大，构筑和执行需要花费时间。
PCB工具-此工具通常在分析主板/子板设置建模时使用。可以使用平板流量假设来导出对流边界条件PCB和相关元件的详细模型，并且用户可以容易地工作模型以检查不同的设计方案。PCBECAD数据库数据可以很容易转换成工具，所以不需要从一开始就构筑PCB模型。该工具的优点大大降低了建模和分析时间，并且可以获得更详细的PCB和元件模型，并且包括简单的ldquo。what-if式rdquo；分析方法。然而，简化的气体流量假设可能不适用于所有情况，并且也存在不能处理系统水平分析等缺点。
各工具在PCB热分析中使用，应用程序中可能需要1个以上的工具。当热分析的需要接近系统分析时，可以考虑使用通用工具或CFD系统级工具。主要是一次只分析1～2张PCB的情况，或者想进行详细的PCB分析的情况下，考虑PCB专用工具。
