芯片散熱
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-17
芯片散熱的視頻教程
從零開始學散熱——熱設計角度理解單板和芯片
元器件是熱量的源頭，了解單板和元器件的熱特性，是熱設計工程師設計散熱方案的基礎。 網絡上關于芯片封裝的資料很多，但從熱設計角度分析封裝特性的極少。本資料從熱設計工程師的角度去理解剖析單板和元器件的特征，為合理設計外圍散熱方案提供參考。 本視頻內容參考書籍《從零開始學散熱》第五章芯片封裝和電路板的熱特性。
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電子熱設計行業概況及應用案例
本課程介紹電子熱設計行業概況及應用案例 01、電子熱設計行業概況及未來發展 02、IC芯片散熱解決方案 03、智能手機熱流分析案例 04、零部件級散熱仿真-顯卡散熱仿真
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芯片散熱的實例教程
所以，新型高效的散熱能力是電子芯片穩定工作的重要保障。
芯片級高效的散熱方式主要包含兩種發展方向：更強的散熱方式和更精細化的散熱結構。其中，散熱方式經歷了自然冷卻-氣冷-液冷三個發展階段，更精細化、微型的散熱結構也成為了目前發展的主流。AIPOD作為一款流程自動化的多學科優化軟件，可以基于熱流體仿真軟件軟件的溫度場仿真能力，實現對電子芯片散熱結構的快速優化，為散熱器結構的設計提供新的思路和方案。
圖1 微通道液冷散熱示意圖
案
性能分析
2.1 平均熱流密度
平均熱流密度是一種直觀的、評價散熱系統好壞的參數。一般來說，只需要通過仿真軟件中芯片的溫度場的變化情況即可計算流體的平均熱流密度。平均熱流密度越高，表示散熱系統的散熱能力越強。
2.2 壓降損失
壓降損失是由流體在管道內流動時克服內摩擦力和克服湍流時流體質點間相互碰撞并交換動量而引起的，可以有效衡量流體流動過程中的能量損耗。一般來說，散熱系統需要盡可能減少壓降損失，從而減少散熱系統的能量消耗。
AIPOD優化散熱器設計
基于通用的熱流體仿真軟件對溫度場的仿真能力，使用AIPOD搭建了電子芯片散熱結構的自動化優化設計流程。其中，本案例的設計參數包括材料參數和功耗參數兩類，優化目標為最大化平均熱流密度。
展開 故事摘要
芯片的散熱性能是LED燈具品質的重要因素之一。由于LED燈具的發光原理和工作方式，芯片會受到較高的溫度影響，如果芯片的散熱性能不足，則會導致芯片過熱和壽命縮短，甚至引發燈具故障。因此，在LED燈具設計和制造過程中，必須考慮芯片的散熱問題，并采取有效的散熱措施。
聚燦光電依托自身的技術實力和創新能力，并結合先進的半導體器件封裝熱特性測試儀——T3Ster來解決芯片散熱問題。
在聚燦光電的研發過程中，T3Ster技術被廣泛應用，為公司的芯片設計和制造提供了重要的支持。通過T3Ster技術進行測試，聚燦光電的芯片散熱性能得到了極大的提升，這不僅增加了芯片的使用壽命，也提高了芯片的穩定性和可靠性，使得聚燦光電的產品具有更高的市場競爭力。
聚燦光電簡介
聚燦光電是一家集研發、生產、銷售三方面為一體的高新技術企業，主要產品為GaN基高亮度LED外延片、芯片，主要應用于顯示背光、通用照明、醫療美容等中高端應用領域。。目前，公司已經發展成為國內高亮度LED芯片的主流廠家之一。
客戶遇到的挑戰
市場上大部分的熱阻測試設備，采用落后的采樣方法（脈沖法），其測量的數據量非常稀少（整個溫度變化過程總計都不超過150個采樣點），因此測試曲線的精度和平滑性都很差，完全無法準確分析出器件內部封裝構造的結構函數，而且也提供不了頻域分析結果，分析結果中的RC網絡級數甚至都不超過10個，這些參數尤其是平滑的溫度變化曲線是所有后續分析的最重要基礎數據。
客戶如何接觸到T3Ster
T3Ster熱阻測試儀在市場上廣受認可，很多企業實驗室會選擇這款儀器來使用。通過庭田科技公司的專家顧問團隊給予的售前技術支持，聚燦光電更全面的了解到T3Ster無可比擬的產品優勢。
客戶為何選擇T3Ster？
展開 本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習芯片的三維模型處理
2、學習芯片穩態散熱分析步的建立
3、學習芯片穩態散熱分析的載荷施加
4、學習芯片穩態散熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 芯片穩態散熱分析分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
同時，芯片集成化和小封裝的需求也不斷增長，這就導致了芯片的功率密度(單位面積的功耗)越來越高，因此芯片散熱問題日趨嚴峻。芯片散熱是將芯片晶圓產生的熱量傳遞到外界環境中去,主要通過對流、傳導和輻射3種換熱形式進行。
圖1 服務器CPU功耗增長趨勢
02
CPU 散熱方式
對于FCBGA(Flip Chip Ball Grid Array)倒裝球柵陣列封裝的CPU芯片來說，通常有2個傳熱路徑：一部分熱量通過封裝底面的焊盤傳導至主板上進行散熱；另外一部分熱量通過封裝頂面傳導至散熱器，再由散熱器向外界環境散熱。根據FCBGA封裝的結構特性和相關研究表明，約90%以上的熱量是通過封裝頂面傳導至散熱器進行散熱。因此，為提高芯片散熱效率，需要盡量減少芯片晶圓到外界環境的散熱熱阻。如圖2所示，為某FCBGA封裝的CPU傳熱結構和傳熱熱阻鏈路示意圖。
展開 芯片與散熱器接觸面間填充的介質，由于其導熱率低于固體材料，芯片上表面的部分熱量無法有效導出，從而在兩接觸面之間會形成溫度差，熱量流經接觸面時仿佛遇到了阻力，該物理現象便稱為接觸熱阻。
接觸熱阻的形成對芯片散熱是不利的，然而芯片與散熱器之間的接觸熱阻確是客觀存在的，只能減小，無法消除。接觸熱阻的大小與材料表面粗糙度、接觸壓力以及填充介質均有關系，表面粗糙度越小，接觸壓力越大，介質導熱率越高，形成的接觸熱阻就越小。
接觸熱阻的評估，在風險評估和方案篩選階段可忽略，但在詳細設計計算時，必須慎重評估，不可忽略，可根據以前的仿真和實測的復盤，反推出接觸熱阻的大小，典型值可用0.3℃/W進行計算評估，具體跟平面度、粗糙度、緊固力和填充介質有關。
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混合 / 芯片級液冷：冷板 + 浸沒復合方案；微流控冷卻嵌入芯片內部，散熱效率提升 2–3 倍，適配 200W/cm2 以上熱流密度。
二、核心驅動：AI 高密度 + 雙碳政策
算力密度飆升：AI 芯片 TDP 突破 1000W，單機柜功耗達 120–230kW，風冷達物理極限，液冷成唯一可行路徑。
三大核心挑戰：
信號完整性（SI） ：2.5D/3D封裝下，高密度互連帶來信號串擾、傳輸延遲
電源完整性（PI） ：芯片堆疊導致電源噪聲激增，影響系統穩定性
熱管理：高功耗芯片需要精密散熱設計，熱-電-磁-結構多重耦合
NO.1 征服先進封裝信號與電源挑戰——Ansys SIPI一站式解決方案
核心價值：在先進封裝（如2.5D/3D-IC
在半導體領域，金剛石被視為解決AI芯片等高功耗器件散熱問題的理想材料，其性能優于傳統的硅和碳化硅。大單晶制備技術的突破，打開了在半導體散熱、量子計算等高端科技領域的想象空間，有望提升行業估值天花板。此外，在光學、核聚變和6G通信等前沿科技領域，金剛石也有著廣闊的應用前景。
隨著算力需求增長與第三代半導體發展，芯片散熱需求上升。
這些晶體管可根據需要控制熱流，從而有可能將散熱定向到所需的位置，而不是為整個芯片散熱。
仿真功能和效率的持續發展，是熱管理領域最有效、最具影響力的改進。這類軟件將集成AI，改進其與設計系統的集成，提高用戶工作效率，并進一步結合物理特性，同時充分利用帶來的更高算力。
? 多物理場與AI融合：熱-流-電多場耦合能力覆蓋芯片功耗-散熱閉環仿真，內置LSTM神經網絡可推薦初始參數，使收斂速度提升40%，同時支持相變傳熱、瞬態響應等復雜物理現象模擬。
? 跨工具協同能力：與一維CFD軟件Flowmaster深度聯動，實現部件級（3D）與系統級（1D）仿真互補，為電池熱管理、HVAC等復雜系統提供全流程解決方案。
工采電子代理的SS6548D是一款刷式直流電機驅動器，專為工業及消費電子設計的40V/16?A大電流直流有刷電機驅動芯片，采用帶散熱盤的DFN5*5封裝，支持40V電壓應用，內置電流調節將電機電流限制到預定較大值，H橋由兩路邏輯輸入控制, 內置低導通內阻的P+N溝道MOSFET；適用于健身器材，智能化辦公，智能家具，按摩椅，工業設備及其它機電一體化電機。
鏡頭、鏡片、芯片、散熱件之間的定位和間隙，如果稍有偏差，都可能在成像質量、可靠性甚至外觀質感上留下瑕疵。
傳統的尺寸鏈手工計算在這些復雜結構面前顯得力不從心。零件多、關系復雜、空間狹小，人工計算既費時又容易出錯。
熱測試功能則通過瞬態熱阻測試技術，實時采集器件從芯片到散熱系統的溫度響應曲線，結合結構函數分析，直觀呈現封裝層間熱阻分布，可快速定位芯片貼裝空洞、鍵合線脫落等熱失效隱患。此外，平臺支持 12 通道并行測試，能同步評估多器件一致性，測試效率較傳統設備提升 3 倍以上。
我們可以進行：
芯片散熱仿真；
整車熱管理仿真；
車燈熱仿真；
電池模組熱仿真等。
同時支持結構耦合，評估熱應力引起的變形與材料疲勞。
? 應用5、系統級流體仿真
除了詳細 CFD 分析外，我們也支持系統級建模方式，如一維系統建模和異維建模。
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芯片散熱仿真；
整車熱管理仿真；
車燈熱仿真；
電池模組熱仿真等。
同時支持結構耦合，評估熱應力引起的變形與材料疲勞。
? 應用5、系統級流體仿真
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