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例題１自然対流によるストリップラインの発熱解析

本例題について

電流を流れることによって発熱するストリップラインを自然対流で放熱させる定常解析例を示します。
電流密度や温度分布や流速ベクトルを解析結果として見ることができます。
表に記載されていない条件はデフォルトの条件を使用します。
本解析は、流体自動作成を使用して基板とICのみモデル化して解析することができます。
後半は、手動で流体部を作成して設定する方法も示します。
Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。

解析モデルダウンロード

プロジェクトファイルをダウンロード（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。）
２つの解析モデルが入っています。
ic_board：流体自動作成で解析したもの
ic_board_with_air：流体を手動で作成して解析したもの

解析空間

項目	条件
解析空間	3次元
モデル単位	mm

解析条件

項目	タブ	条件
ソルバ	ソルバの選択	電場解析[Coulomb] 流体解析[Bernoulli] 熱伝導解析[Watt] 浮力をチェック
解析の種類	熱流体解析	定常解析
層流/乱流	熱流体解析	乱流をチェック
流れの種類	熱流体解析	外部流れをチェック
流体自動作成の設定	熱流体解析	外部流れ方向：自然対流+Z方向
積層メッシュ設定	メッシュ(熱流体)	自動生成パラメータ想定温度差：10[deg]

モデル図

ソリッドボディの基板(Board)とシートボディの銅配線(LINE)を定義します。

ボディ属性および材料、メッシュサイズの設定

ボディ No./ボディタイプ	ボディ属性名	厚み/幅	解析領域	材料名	メッシュサイズ
0/Solid	Board	-	ソルバ：電場/Coulombのチェックをはずす	006_ガラスエポキシ※	標準メッシュサイズ1.0
1/Sheet	LINE	0.01mm	-	008_銅※	標準メッシュサイズ1.0

流体自動作成の設定で、空気材料：000_空気※が設定されています。

※材料データベースを利用

境界条件

境界条件名/トポロジ	タブ	境界条件の種類	条件
V0/Edge	電気	電気壁	電位指定、波形：一定、電位：0V
V1/Edge	電気	電気壁	電位指定、波形：一定、電位：10mV

熱流体の境界条件は設定しません。解析条件の流体自動作成で、外部流れ方向を設定しています。

外部境界条件は自動的に流入/流出：自然流入/流出となります。

流入する流体の温度は環境温度となりますので、環境設定で環境温度を設定しています。

解析結果

電場解析結果として電流密度ベクトルを示します。電位差によって配線に電流がながれていることが確認できます。

温度分布の解析結果を示します。

基板と配線の温度分布が見やすいように、空気ボディを選択し、右クリックメニューから「ボディのフィールドを非表示」を選択し、空気領域のフィールドを非表示にしています。

電流が流れたことによって配線が発熱していることが確認できます。

次に、y=0の断面を表示します。ここでは空気ボディも再表示しています。

ストリップラインの上方に熱が伝わっている様子が確認できます。

解析タイプを熱伝導解析から流体解析に切り替え、流速の流線図を表示します。

ストリップラインにより暖められた空気が上方へ移動している様子が確認できます。

解析条件[流体手動作成]

項目	タブ	条件
ソルバ	ソルバの選択	電場解析[Coulomb] 流体解析[Bernoulli] 熱伝導解析[Watt] 浮力をチェック
解析の種類	熱流体解析	定常解析
層流/乱流	熱流体解析	乱流をチェック
流れの種類	熱流体解析	外部流れをチェック
積層メッシュ設定	メッシュ(熱流体)	自動生成パラメータ想定温度差：10[deg]

モデル図[流体手動作成]

直方体のソリッドボディを定義し、空気（000_空気)の材料を設定します。

外部境界条件を使用し、流入/流出：自然流入/流出を設定します。

内部にソリッドボディの基板(Board)とシートボディの銅配線(LINE)を定義します。

ボディ属性および材料、メッシュサイズの設定[流体手動作成]

ボディ No./ボディタイプ	ボディ属性名	厚み/幅	解析領域	材料名	メッシュサイズ
0/Solid	Board	-	ソルバ：電場/Coulombのチェックをはずす	006_ガラスエポキシ※	標準メッシュサイズ1.0
1/Sheet	LINE	0.01mm	-	008_銅※	標準メッシュサイズ1.0
2/Solid	air	-	ソルバ：電場/Coulombのチェックをはずす	000_空気※	2.5