本發明涉及數據仿真處理，尤其涉及一種用于線路板的熱仿真方法、系統及介質。

背景技術：

1、隨著電子設備向小型化、高性能化和高集成度方向發展，印刷電路板（pcb）作為電子設備的核心載體，其熱管理問題變得日益重要?，F代電子產品中，電子元件的功率不斷增加，同時高密度封裝和組裝使得散熱空間越來越小，導致熱流密度急劇增高。如果不能有效管理和散熱，這些熱量可能會引發元器件性能下降、可靠性降低，甚至導致設備故障或損壞；傳統的有限元法（fem）和有限差分法（fdm）等熱仿真方法需要在整個電路板上建立高精度的網格模型，尤其是在復雜的多層電路板或元件周圍區域，這不僅需要大量的計算資源，還導致仿真過程非常耗時。隨著電路板的復雜度增加，仿真時間和計算資源的需求急劇上升，傳統方法難以在高精度和計算復雜度之間找到合適的平衡點；并且對于線路板內部不同材質層，尤其是銅箔層和絕緣介質層之間的熱傳遞交互分析不夠精確，難以準確評估熱傳遞方向和熱積累效應。

技術實現思路

1、基于此，有必要提供一種用于線路板的熱仿真方法、系統及介質，以解決至少一個上述技術問題。

2、為實現上述目的，一種用于線路板的熱仿真方法，所述方法包括以下步驟：

3、步驟s1：獲取線路板層數據；提取線路板層數據的板層材質熱阻參數，包括銅箔熱阻參數與絕緣介質熱阻參數；識別線路板層數據的分層結構，并記錄為分層結構數據；

4、步驟s2：根據分層結構數據確定元器件布局特征，并基于元器件布局特征對板層材質熱阻參數進行層間熱阻分布計算，生成層結構熱阻分布數據；根據元器件布局特征檢測層間過孔布線特征，并基于層間過孔布線特征對層結構熱阻分布數據計算熱流密度分布數據；

5、步驟s3：基于箔熱阻參數和絕緣介質熱阻參數對熱流密度分布數據進行焦耳熱值計算；通過焦耳熱值確定銅箔層與絕緣介質層之間的熱傳遞交互系數，以得到線路板熱交互數據；

6、步驟s4：基于線路板熱交互數據對線路板進行運行溫度變化趨勢評估，生成溫度變化趨勢數據；根據溫度變化趨勢數據進行線路板熱積累效應仿真，并構建線路板的熱仿真模型。

7、本發明通過獲取線路板層數據，能夠準確提取銅箔熱阻參數與絕緣介質熱阻參數，為后續的熱仿真計算提供了精確的基礎數據，確保了后續熱仿真分析的準確性；識別線路板層數據的分層結構并記錄為分層結構數據，使得對線路板的結構特征有了清晰的了解，為后續基于分層結構進行的元器件布局特征分析和層間熱阻分布計算提供了明確的結構依據；根據分層結構數據確定元器件布局特征后，基于該特征對板層材質熱阻參數進行層間熱阻分布計算，生成的層結構熱阻分布數據能夠準確反映線路板各層之間的熱阻情況，為后續熱流密度分布數據的計算提供了可靠的熱阻分布基礎；基于元器件布局特征檢測層間過孔布線特征，并據此對層結構熱阻分布數據計算熱流密度分布數據，能夠精確地模擬出線路板在實際運行中各區域的熱流密度情況，為后續的焦耳熱值計算提供了準確的熱流密度信息；基于銅箔熱阻參數和絕緣介質熱阻參數對熱流密度分布數據進行焦耳熱值計算，能夠精確地得到線路板各部分產生的焦耳熱值，為后續確定熱傳遞交互系數提供了準確的熱值數據；通過焦耳熱值確定銅箔層與絕緣介質層之間的熱傳遞交互系數，得到的線路板熱交互數據能夠真實地反映線路板內部不同材質層之間的熱傳遞情況，為后續的運行溫度變化趨勢評估提供了關鍵的熱交互信息；基于線路板熱交互數據對線路板進行運行溫度變化趨勢評估，生成的溫度變化趨勢數據能夠準確地預測線路板在不同運行條件下的溫度變化情況，為線路板的熱管理和可靠性評估提供了重要的參考依據；根據溫度變化趨勢數據進行線路板熱積累效應仿真，并構建線路板的熱仿真模型，該模型能夠全面、準確地模擬線路板在實際運行中的熱行為。因此，本發明通過數據處理技術，仿真模擬技術，實現對線路板的銅箔層和絕緣介質層進行熱傳遞交互分析，并實現評估線路板熱傳遞方向和熱積累效應，以構建線路板的熱仿真模型。

8、優選的，步驟s1包括以下步驟：

9、步驟s11：分別獲取線路板的結構參數、材質信息以及連接點分布信息，以得到線路板層數據；

10、步驟s12：將線路板層數據進行銅箔層和絕緣介質層識別，標記出銅箔層與絕緣介質層的邊界位置，并對銅箔層和絕緣介質層進行熱阻參數提取，得到板層材質熱阻參數；

11、步驟s13：分別獲取板層材質熱阻參數的銅箔熱阻參數和絕緣介質熱阻參數；

12、步驟s14：從線路板層數據中逐層掃描，確定每層的邊界范圍，并標記為各層始終止點；其中掃描速度為每秒掃描10層，每層厚度精度為0.001mm；

13、步驟s15：對每層進行編號，并按照從外到內的順序依次記錄各層編號和各層厚度；

14、步驟s16：對于相鄰的兩層，判斷相鄰的兩層存在連接關系，并記錄鄰層位置連接關系；

15、步驟s17：將各層始終止點、各層編號、各層厚度以及鄰層位置連接關系整合為分層結構數據。

16、本發明通過獲取線路板的結構參數、材質信息以及連接點分布信息，完整地構建線路板層數據，為后續的熱仿真分析提供了全面且準確的基礎信息，確保熱仿真過程能夠基于完整的線路板特征進行；對線路板層數據進行銅箔層和絕緣介質層的識別，標記出邊界位置并提取熱阻參數，實現了對不同材質層的精準區分和參數獲取，為后續熱阻分布計算提供了明確的材質邊界和精確的熱阻參數；分別獲取銅箔熱阻參數和絕緣介質熱阻參數，確保了熱阻參數的分類明確，便于后續針對不同材質層進行針對性的熱仿真分析，提高了熱仿真計算的精確性和針對性；以每秒掃描10層、每層厚度精度為0.001mm的速度逐層掃描并標記邊界范圍，實現了對線路板各層的高效且高精度識別，確保了分層結構數據的準確性和可靠性；對每層進行編號并記錄各層編號和厚度，按照從外到內的順序整理，建立了清晰的分層結構順序；判斷相鄰兩層的連接關系并記錄鄰層位置連接關系，明確了層與層之間的連接特征，為后續分析層間熱傳遞和熱流分布提供了重要的連接信息，確保熱仿真模型能夠準確反映實際線路板的結構特征；將各層始終止點、各層編號、各層厚度以及鄰層位置連接關系整合為分層結構數據，形成了完整且系統的分層結構描述，為后續基于分層結構的熱仿真分析提供了全面且結構化的數據基礎，確保熱仿真過程能夠基于準確的分層結構進行。

17、優選的，步驟s2中所述根據分層結構數據確定元器件布局特征，并基于元器件布局特征對板層材質熱阻參數進行層間熱阻分布計算包括：

18、從分層結構數據中確定每層的元器件信息，并識別元器件信息的邊界線，以得到元器件形狀尺寸；

19、將元器件形狀尺寸進行坐標編號，按照從左到右、從上到下的順序依次標記元器件的位置，以生成元器件位置坐標；

20、根據元器件位置坐標確定相鄰元器件之間的間距以及元器件與線路板邊緣的距離，以得到元器件布局距離參數；

21、將元器件形狀尺寸、元器件位置坐標以及元器件布局距離參數整合為元器件布局特征；

22、根據元器件布局特征確定線路板上元器件熱阻貢獻區域，基于元器件熱阻貢獻區域分別計算其在不同板層中的熱阻值；

23、在相鄰板層之間，根據元器件的布局特征檢測熱阻耦合區域；基于熱阻耦合區域計算相鄰板層耦合區域的層間熱阻值，以得到層結構熱阻分布數據。

24、本發明從分層結構數據中確定每層的元器件信息并識別邊界線，得到元器件形狀尺寸，能夠精確獲取元器件的幾何特征，為后續的布局分析和熱阻計算提供準確的形狀依據，確保熱仿真模型能夠真實反映元器件的物理形態；將元器件形狀尺寸進行坐標編號，按照從左到右、從上到下的順序標記位置，生成元器件位置坐標，實現了元器件在板上的準確定位，為后續分析元器件之間的相對位置關系提供了明確的坐標信息，提高了布局分析的精確性；根據元器件位置坐標確定相鄰元器件間距以及元器件與線路板邊緣的距離，得到元器件布局距離參數，能夠量化元器件之間的空間分布關系，為后續評估元器件之間的熱影響和熱阻分布提供了重要的距離依據，確保熱仿真分析的準確性；將元器件形狀尺寸、位置坐標以及布局距離參數整合為元器件布局特征，形成了全面且系統的元器件布局描述，為后續基于布局特征的熱阻計算和熱流分析提供了完整且結構化的數據基礎，確保熱仿真過程能夠基于準確的布局信息進行；根據元器件布局特征確定線路板上元器件熱阻貢獻區域，并計算其在不同板層中的熱阻值，能夠精準識別元器件對線路板熱性能的影響范圍，并量化其熱阻貢獻，為后續的熱流密度分布計算和熱仿真模型構建提供了關鍵的熱阻數據，提高了熱仿真分析的針對性和準確性；在相鄰板層之間，根據元器件布局特征檢測熱阻耦合區域，并計算耦合區域的層間熱阻值，得到層結構熱阻分布數據，能夠準確模擬相鄰板層之間的熱交互情況，確保熱仿真模型能夠真實反映層間熱傳遞特性，為線路板的整體熱性能評估提供了可靠的層間熱阻信息。

25、優選的，步驟s2中所述根據元器件布局特征檢測層間過孔布線特征，并基于層間過孔布線特征對層結構熱阻分布數據計算熱流密度分布數據包括：

26、根據元器件布局特征確定元器件在不同板層的過孔需求，并根據過孔需求確定孔位分布坐標；

27、檢測孔位分布坐標的過孔設置情況，包括孔徑偏差量和過孔中心偏移度；

28、根據孔徑偏差量檢測過孔在不同板層之間的垂直對齊度，得到過孔垂直對齊度；根據過孔中心偏移度檢測過孔在層間貫穿時的偏移量，得到過孔層間偏移量；

29、基于過孔垂直對齊度和過孔層間偏移量判斷層間過孔布線關系，以生成層間過孔布線特征；

30、根據層間過孔布線特征確定過孔的孔分布密度以及孔間距離；

31、基于孔分布密度以及孔間距離對線路板進行板熱流路徑識別，并將板熱流路徑劃分為熱流匯聚區域和熱流分散區域；

32、對于熱流匯聚區域，根據孔分布密度計算線路板的熱流密度增加倍數，并記錄區域熱流密度峰值；

33、對于熱流分散區域，根據孔間距離計算線路板的熱流均勻性系數，并記錄區域熱流均勻系數；

34、基于區域熱流密度峰值和區域熱流均勻系數對層結構熱阻分布數據進行熱流密度分布測定，生成熱流密度分布數據。

35、本發明根據元器件布局特征確定元器件在不同板層的過孔需求，并根據過孔需求確定孔位分布坐標，能夠精準識別元器件的電氣連接需求，并明確過孔的具體位置，為后續的過孔布線特征分析提供了準確的孔位信息，確保線路板的電氣連接設計與熱仿真分析的協調性；檢測孔位分布坐標的過孔設置情況，包括孔徑偏差量和過孔中心偏移度，能夠量化過孔的制造精度問題，為后續分析過孔對熱流路徑的影響提供關鍵參數，確保熱仿真模型能夠真實反映過孔的實際熱傳導特性；根據孔徑偏差量檢測過孔在不同板層之間的垂直對齊度，得到過孔垂直對齊度；根據過孔中心偏移度檢測過孔在層間貫穿時的偏移量，得到過孔層間偏移量，能夠準確評估過孔在多層線路板中的對齊情況，為后續判斷層間過孔布線關系提供了精確的對齊和偏移數據，確保熱仿真分析的準確性；基于過孔垂直對齊度和過孔層間偏移量判斷層間過孔布線關系，以生成層間過孔布線特征，能夠全面描述過孔在層間的連接狀態和熱傳導路徑，為后續熱流路徑識別和熱流密度分布計算提供了重要的布線特征信息；根據層間過孔布線特征確定過孔的孔分布密度以及孔間距離，能夠量化過孔的布局特征，確保熱仿真模型能夠準確反映過孔對熱流的影響；基于孔分布密度以及孔間距離對線路板進行板熱流路徑識別，并將板熱流路徑劃分為熱流匯聚區域和熱流分散區域，能夠明確線路板上的熱流分布特征；對于熱流匯聚區域，根據孔分布密度計算線路板的熱流密度增加倍數，并記錄區域熱流密度峰值，能夠量化熱流匯聚區域的熱流密度變化情況；對于熱流分散區域，根據孔間距離計算線路板的熱流均勻性系數，并記錄區域熱流均勻系數，能夠量化熱流分散區域的熱流均勻性情況；基于區域熱流密度峰值和區域熱流均勻系數對層結構熱阻分布數據進行熱流密度分布測定，能夠全面反映線路板在不同區域的熱流密度情況。

36、優選的，步驟s3中所述基于箔熱阻參數和絕緣介質熱阻參數對熱流密度分布數據進行焦耳熱值計算包括：

37、將銅箔熱阻參數和絕緣介質熱阻參數分別確定對應的區域面積，得到銅箔熱阻區域面積和絕緣介質熱阻區域面積；

38、基于銅箔熱阻區域面積和絕緣介質熱阻區域面積對熱流密度分布數據進行面積密度占比計算，得到熱流密度面積占比值；

39、根據熱流密度面積占比值分別計算銅箔熱阻區域面積和絕緣介質熱阻區域面積的焦耳熱量；并將銅箔熱阻區域面積和絕緣介質熱阻區域面積的焦耳熱量進行合并，以生成焦耳熱值。

40、本發明將銅箔熱阻參數和絕緣介質熱阻參數分別確定對應的區域面積，得到銅箔熱阻區域面積和絕緣介質熱阻區域面積，能夠明確不同材質在熱流路徑中的分布范圍，為后續的熱流密度分布計算提供精確的面積基礎；基于銅箔熱阻區域面積和絕緣介質熱阻區域面積對熱流密度分布數據進行面積密度占比計算，得到熱流密度面積占比值，能夠量化不同區域對熱流密度的貢獻比例，為后續的焦耳熱量計算提供關鍵的面積占比數據；根據熱流密度面積占比值分別計算銅箔熱阻區域面積和絕緣介質熱阻區域面積的焦耳熱量，并將銅箔熱阻區域面積和絕緣介質熱阻區域面積的焦耳熱量進行合并，以生成焦耳熱值，能夠全面反映線路板在不同區域的熱量產生情況，為線路板的整體熱性能評估提供精確的熱量數據。

41、優選的，步驟s3中所述通過焦耳熱值確定銅箔層與絕緣介質層之間的熱傳遞交互系數包括：

42、根據焦耳熱值計算銅箔層與絕緣介質層的焦耳熱比值，得到兩層熱能比值；

43、基于兩層熱能比值確定銅箔層與絕緣介質層之間的熱傳遞方向，以生成層間熱傳遞方向；若兩層熱能比值大于等于1，則熱傳遞方向為銅箔層向絕緣介質層；若兩層熱能比值小于1，則熱傳遞方向為絕緣介質層向銅箔層；

44、通過成層間熱傳遞方向判斷熱傳遞交互系數，并記錄熱傳遞交互系數所對應的線路板層信息，以得到線路板熱交互數據。

45、本發明根據焦耳熱值計算銅箔層與絕緣介質層的焦耳熱比值，得到兩層熱能比值，能夠量化銅箔層與絕緣介質層之間的熱量分布關系，為后續確定熱傳遞方向提供精確的熱量比例依據；基于兩層熱能比值確定銅箔層與絕緣介質層之間的熱傳遞方向，能夠明確熱量在不同材質層之間的傳遞路徑。當兩層熱能比值大于等于1時，熱傳遞方向為銅箔層向絕緣介質層；當兩層熱能比值小于1時，熱傳遞方向為絕緣介質層向銅箔層。這一結果為熱傳遞交互系數的判斷提供了明確的方向性依據；通過熱傳遞方向判斷熱傳遞交互系數，并記錄熱傳遞交互系數所對應的線路板層信息，得到線路板熱交互數據，能夠全面反映線路板內部不同材質層之間的熱傳遞特性，為線路板的熱仿真模型提供關鍵的熱交互參數。

46、優選的，步驟s4包括以下步驟：

47、步驟s41：確定線路板熱交互數據的交互熱流密度值和交互溫度值；

48、步驟s42：提取交互熱流密度值和交互溫度所對應的時間特征，并進行時間順序劃分，形成時間序列數據；

49、步驟s43：對時間序列數據進行差分處理，計算相鄰時間點之間的熱流密度變化量和溫度變化量，得到熱流密度變化率和溫度變化率，其中差分處理采用五點差分法，并將誤差范圍控制在±2%以內；

50、步驟s44：根據熱流密度變化率和溫度變化率對線路板進行運行溫度變化趨勢評估，記錄運行溫度變化趨勢的強度值；

51、步驟s45：當連續三個時間點的強度值均大于0.1℃/s且強度值增加率超過10%時，判定為上升趨勢；當連續三個時間點的強度值均小于-0.1℃/s且強度值減少率超過10%時，判定為下降趨勢；當連續三個時間點的強度值均小于0.1℃/s且強度值波動率不超過5%時，判定為穩定趨勢；

52、步驟s46：將強度值分為上升趨勢、下降趨勢和穩定趨勢三種類型，以生成溫度變化趨勢數據；

53、步驟s47：根據溫度變化趨勢數據進行線路板熱積累效應仿真，并構建線路板的熱仿真模型。

54、本發明確定線路板熱交互數據的交互熱流密度值和交互溫度值，能夠明確線路板內部不同材質層之間在熱傳遞過程中的熱量流動和溫度變化情況，為后續的時間特征提取和趨勢評估提供關鍵的熱交互數據；提取交互熱流密度值和交互溫度所對應的時間特征，并進行時間順序劃分，形成時間序列數據，能夠將熱交互過程的時間動態特性進行有序記錄，為后續的差分處理和趨勢分析提供結構化的時間數據；對時間序列數據進行差分處理，采用五點差分法計算相鄰時間點之間的熱流密度變化量和溫度變化量，得到熱流密度變化率和溫度變化率，并將誤差范圍控制在±2%以內，能夠精確量化熱交互過程中的動態變化特征，為運行溫度變化趨勢評估提供高精度的變化率數據；根據熱流密度變化率和溫度變化率對線路板進行運行溫度變化趨勢評估，記錄運行溫度變化趨勢的強度值，能夠全面反映線路板在運行過程中的溫度變化動態，為后續的熱積累效應仿真提供趨勢性依據；將強度值分為上升趨勢、下降趨勢和穩定趨勢三種類型，以生成溫度變化趨勢數據，能夠清晰地描述線路板運行溫度的變化模式，為熱仿真模型的構建提供明確的趨勢分類信息；根據溫度變化趨勢數據進行線路板熱積累效應仿真，并構建線路板的熱仿真模型，能夠全面模擬線路板在不同運行條件下的熱行為，為線路板的設計優化、性能評估和故障預測提供可靠的熱仿真。

55、優選的，步驟s47包括以下步驟：

56、步驟s471：根據溫度變化趨勢數據劃分線路板仿真區域，并對線路板仿真區域設置初始熱積累量；

57、步驟s472：將初始熱積累量分配到每個線路板仿真區域的各個時間步長中，作為熱積累效應仿真的起始點，其中時間步長范圍區間為最小步長為1ms，最大步長為100ms；

58、步驟s473：在每個時間步長內，根據溫度變化率計算每個區域的熱積累增量；在每個時間步長結束時，將每個區域的熱積累增量累加到對應區域的當前熱積累量中，并更新每個區域的熱積累量；

59、步驟s474：重復上述熱積累增量計算和動態更新步驟，逐步推進時間步長，直到覆蓋整個仿真時間范圍；

60、步驟s475：在仿真過程中，記錄每個時間步長的熱積累量和溫度值，得到熱積累效應序列數據；根據熱積累效應序列數據構建線路板的熱仿真模型。

61、本發明根據溫度變化趨勢數據劃分線路板仿真區域，并對線路板仿真區域設置初始熱積累量，能夠基于溫度變化特征合理劃分仿真區域，并為熱積累效應仿真提供明確的初始條件，確保熱仿真模型的起始狀態與實際線路板運行狀態相符；將初始熱積累量分配到每個線路板仿真區域的各個時間步長中，作為熱積累效應仿真的起始點，其中時間步長范圍區間為最小步長1ms至最大步長100ms，能夠確保初始熱積累量在仿真時間內的合理分布，為熱積累效應的動態仿真提供精確的時間步長控制，保障仿真精度；在每個時間步長內，根據溫度變化率計算每個區域的熱積累增量；在每個時間步長結束時，將每個區域的熱積累增量累加到對應區域的當前熱積累量中，并更新每個區域的熱積累量，能夠實時反映每個區域的熱積累變化情況，確保熱積累效應仿真過程的動態性和準確性；重復上述熱積累增量計算和動態更新步驟，逐步推進時間步長，直到覆蓋整個仿真時間范圍，能夠完整模擬線路板在整個運行過程中的熱積累效應，確保熱仿真模型能夠全面反映線路板的熱行為；在仿真過程中，記錄每個時間步長的熱積累量和溫度值，得到熱積累效應序列數據；根據熱積累效應序列數據構建線路板的熱仿真模型，能夠基于詳細的熱積累效應數據生成高精度的熱仿真模型，為線路板的熱性能評估和優化提供可靠的仿真工具。

62、在本說明書中，提供了一種用于線路板的熱仿真系統，用于執行上述的用于線路板的熱仿真方法，該用于線路板的熱仿真系統包括：

63、線路板層數據采集模塊，用于獲取線路板層數據；提取線路板層數據的板層材質熱阻參數，包括銅箔熱阻參數與絕緣介質熱阻參數；識別線路板層數據的分層結構，并記錄為分層結構數據；

64、熱流密度分布檢測模塊，用于根據分層結構數據確定元器件布局特征，并基于元器件布局特征對板層材質熱阻參數進行層間熱阻分布計算，生成層結構熱阻分布數據；根據元器件布局特征檢測層間過孔布線特征，并基于層間過孔布線特征對層結構熱阻分布數據計算熱流密度分布數據；

65、線路板熱交互識別模塊，用于基于箔熱阻參數和絕緣介質熱阻參數對熱流密度分布數據進行焦耳熱值計算；通過焦耳熱值確定銅箔層與絕緣介質層之間的熱傳遞交互系數，以得到線路板熱交互數據；

66、線路板熱積累效應仿真模塊，用于基于線路板熱交互數據對線路板進行運行溫度變化趨勢評估，生成溫度變化趨勢數據；根據溫度變化趨勢數據進行線路板熱積累效應仿真，并構建線路板的熱仿真模型。

67、本發明通過線路板層數據采集模塊獲取完整的線路板層數據，并精確提取板層材質熱阻參數及分層結構數據；熱流密度分布檢測模塊基于分層結構數據和元器件布局特征，準確計算層間熱阻分布和熱流密度分布數據；線路板熱交互識別模塊進一步基于熱流密度分布數據計算焦耳熱值，并確定熱傳遞交互系數，生成線路板熱交互數據；線路板熱積累效應仿真模塊則利用熱交互數據評估運行溫度變化趨勢，并進行熱積累效應仿真，最終構建高精度的線路板熱仿真模型。整個系統能夠全面、精確地模擬線路板的熱行為，為線路板的設計優化、性能評估和故障預測提供可靠的熱仿真工具，顯著提升線路板的熱管理效率和可靠性。

68、一種計算機可讀介質，存儲有計算機程序，其中計算機程序用于執行所述的用于線路板的熱仿真方法。