01

工程背景

熱—電子設(shè)備運(yùn)行的關(guān)鍵問題

• 電子器件的故障、性能與其工作溫度有密切關(guān)系
• 對(duì)溫度最為敏感的問題：
  - 大量使用的半導(dǎo)體器件和 微電路，故障率隨溫度的增加而指數(shù)級(jí)上升
• 甚至有些電子器件的性能表現(xiàn)與 溫升速度相關(guān)

 

電子熱設(shè)計(jì)方法

• 熱源處理
  - 降額使用
  - 特種元器件溫度補(bǔ)償與控制
  - 合理設(shè)計(jì)印制電路板結(jié)構(gòu)
• 熱阻處理
  - 元器件的合理布局可減小熱阻
  - 散熱裝置
• 降溫處理
  - 等溫處理
  - 控溫處理

以上電子熱設(shè)計(jì)方法的依據(jù)在哪？

CFD技術(shù)—與熱測(cè)試并駕齊驅(qū)的熱設(shè)計(jì)手段

CFD技術(shù)（Computer Fluid Dynamics，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)）是通過計(jì)算機(jī)來求解流動(dòng)、傳熱等控制方程來獲得流場(chǎng)信息的一種仿真方法。

• 成本低、速度快

• 模擬越來越逼近真實(shí)
  - 幾何
  - 物理
  
  

電子熱設(shè)計(jì)中仿真應(yīng)用概覽

 

02

解決方案

為什么要使用CPS?

• 手機(jī)等終端設(shè)備的散熱設(shè)計(jì)直接影響客戶體驗(yàn)

  - 工作性能不穩(wěn)定
  - 手機(jī)太燙不敢拿
• IC熱完整性設(shè)計(jì)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的問題
  - 一只芯片消耗的功率是動(dòng)態(tài)功率和泄漏功率之和。隨著溫度上升，泄漏會(huì)呈指數(shù)增加。
• 許多泄漏結(jié)果都是由不準(zhǔn)確的溫度估計(jì)造成的
  - 多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)師在規(guī)定熱目標(biāo)時(shí)，都會(huì)依據(jù)IC溫度不得超過105℃這個(gè)規(guī)則，沒有考慮實(shí)際環(huán)境的影響。
• 如何在進(jìn)行IC設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮散熱環(huán)境的影響？
  - Chip<->Package<->System
  - ANSYS CPS（Chip-Package-System）聯(lián)合解決方案

CPS工作流程

 

分析結(jié)果

ANSYS Icepak–專注于電子熱設(shè)計(jì)

Icepak提供全尺度（從芯片級(jí)別直到環(huán)境級(jí)別）的電子散熱設(shè)計(jì)仿真能力。

ANSYS Icepak–完整的熱仿真工具

• Icepak提供完整的熱仿真流程/能力
• 可集成于ANSYS Workbench，利用WB中的其它軟件，完成上下游工作/多物理場(chǎng)分析

 

ANSYS ICEPAK的專業(yè)之處

• 快速建模功能：ANSYS Icepak擁有一系列“Object”，借助于它們，用戶可以快速建立常見的電子器件。

• ECAD & MCAD 數(shù)據(jù)導(dǎo)入：ANSYS Icepak可以導(dǎo)入各種格式的ECAD和MCAD數(shù)據(jù)格式

• 貼體網(wǎng)格自動(dòng)劃分Fluent求解器：

  - ANSYS Icepak可以自動(dòng)劃分高質(zhì)量的貼體網(wǎng)格，而非一般電子散熱仿真工具非常粗糙的階梯型網(wǎng)格。網(wǎng)格算法靈活多變，可根據(jù)具體問題選擇最為合適的方法。Icepak網(wǎng)格技術(shù)在沒有損失求解精度的情況下使得模擬速度大大加快！

  - ANSYS Icepak使用全球CFD市場(chǎng)占有率最高的ANSYS FLUENT求解器。

  > 模型多
  > 算法豐富
  > 求解穩(wěn)定
  > 并行效能好
  - Icepak豐富的求解器功能：封裝、板、系統(tǒng)熱分析
  > 穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)問題
  > 層流/湍流問題
  > 強(qiáng)迫/自然/混合對(duì)流
  > 多流體問題
  > 內(nèi)流/外流
  > 固定/運(yùn)動(dòng)/對(duì)稱邊界
  > 直流電/焦耳熱
  > 溫度相關(guān)物質(zhì)屬性
  > 輻射傳熱、太陽(yáng)輻射
  > 濕度分析
  > 污染物擴(kuò)散
• 結(jié)果可視化：
  - 速度矢量圖、溫度云圖、流線圖、等值面、任意剖面、XY曲線、動(dòng)畫等等
  - Overview、Summary、詳細(xì)的HTML報(bào)告
• WB集成 (多物理場(chǎng)耦合)
  
  

產(chǎn)品方案

• ANSYS封裝級(jí)熱仿真產(chǎn)品方案

• 一般情景下的模塊搭配

03

仿真案例

IC 封裝熱分析

芯片產(chǎn)生的熱量通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)由芯片結(jié)區(qū)到達(dá)外殼的外表面。通過結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化來獲得最佳的散熱效果。

• Icepak封裝熱模擬的特點(diǎn)

  ? 與EDA軟件接口完善。設(shè)計(jì)->仿真流程通暢便捷

  ? 多種層次的模型

• 詳細(xì)模型（封裝廠家），雙熱阻模型，DELPHI模型（封裝廠家->下游廠家）

  ? 提供JEDEC*標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試條件，自動(dòng)生成符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試環(huán)境。

  *JEDEC即固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)，是微電子產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。在過去50余年的時(shí)間里,JEDEC所制定的標(biāo)準(zhǔn)為全行業(yè)所接受和采納。

 

ANSYS Icepak封裝模擬案例

 

詳細(xì)封裝-熱沉的熱仿真

 

封裝基板導(dǎo)熱的詳細(xì)模擬

• Icepak可以導(dǎo)入封裝基板的Trace數(shù)據(jù)，并基于此，對(duì)當(dāng)?shù)氐膶?dǎo)熱系數(shù)根據(jù)其殘銅率進(jìn)行評(píng)估。
• 此舉極大提高了封裝結(jié)構(gòu)散熱通道模擬的準(zhǔn)確性。
• 可以獲得更高精度的溫度分布和熱阻值。

 

封裝基板Trace導(dǎo)入對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響

 

DELPHI模型抽取

? BGA型封裝的DELPHI熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

• DELPHI 模型

• 用于系統(tǒng)級(jí)散熱的封裝熱網(wǎng)絡(luò)模型標(biāo)準(zhǔn)

• Icepak的DELPHIExtractor 可以使用MS Excel自動(dòng)生成DELPHI模型

• DELPHI是BCI模型（Boundary Conditions Independent）

 

Icepak DELPHI模型支持MCM

---

深圳市優(yōu)飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái)解決方案與工業(yè)軟件開發(fā)的高科技企業(yè)，是ANSYS、MSC、COMSOL、Qt、國(guó)產(chǎn)CAD、國(guó)產(chǎn)尺寸鏈公差等工業(yè)軟件的戰(zhàn)略合作伙伴，擁有十多項(xiàng)行業(yè)領(lǐng)先的自主工業(yè)軟件著作權(quán)。優(yōu)飛迪科技倡導(dǎo)“極致用戶體驗(yàn)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品開發(fā)模式”變革，助力中國(guó)質(zhì)造，賦能極致研發(fā)，專注于仿真咨詢、工業(yè)軟件開發(fā)、工業(yè)軟件銷售、系統(tǒng)集成等領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái)解決方案，擁有一支硬核實(shí)力的技術(shù)服務(wù)專家團(tuán)隊(duì)，能為企業(yè)提供“全心U⁺端到端服務(wù)“。如今，華為、中興、中國(guó)航天、格力、大族、華強(qiáng)、華星光電等知名企業(yè)與優(yōu)飛迪保持著長(zhǎng)期的緊密戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。