電子封裝熱管理
關注創建者：匿名 創建時間：2025-12-09
電子封裝熱管理的實例教程
新型傳熱技術的開發和實施對于應對全球能源和環境挑戰以及確保電子元件的可靠運行至關重要。由于電子元件的工作溫度顯著影響其可靠性，因此，熱管理對于電子系統的設計和操作至關重要，熱管理能力不足可能會導致性能下降、關鍵組件故障。如今，由于電子設備的物理尺寸不斷縮小以及可用于熱管理的空間有限，尋找合適的電子設備冷卻技術已成為一項重大挑戰。封裝相變材料（EPCM）由于其吸收和釋放大量熱量的能力，在與冷卻和加熱相關的各個領域，特別是在熱能存儲領域中受到了極大的關注。
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成果掠影
近期，沙迦美國大學Mohammad O. Hamdan研究團隊通過將相變材料封裝在保護殼中，EPCM可以克服相變過程中的泄漏問題，并可以提高PCM的熱穩定性、可靠性和性能。此外，EPCM還可以定制以滿足特定的應用要求，例如不同的熔點和導熱率。該篇綜述全面概述了 EPCM，包括用于封裝的殼材料、封裝方法、EPCM 特性和熱性能、商用 EPCM，以及最新的研究、應用、實驗分析以及各種用于分析EPCM行為的數值模型，為后續儲能和熱管理系統的開發提供了重要指導。相關研究成果以“A review on micro-encapsulated phase change materials (EPCM) used for thermal management and energy storage systems: Fundamentals, materials synthesis and applications”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
展開 AEDT Icepak 是 Ansys Electronics Desktop（AEDT）平臺中用于電子熱管理的 CFD 求解器。它基于 Ansys Fluent CFD 求解器，可預測 IC 封裝、PCB、電子裝配體、外殼和電力電子設備中的氣流、溫度和熱傳遞，為電子冷卻提供強大解決方案。
8月5日，Ansys官方研討會『AEDT Icepak降階模型：動態熱管理及快速優化解決方案』從AEDT Icepak降階模型出發，講解動態熱管理及快速優化解決方案，下滑預約學習??
時間：8月5日（星期二），16：00-17：00
內容簡介：在電子設備行業中，隨著3DIC（三維集成電路）技術的快速發展，動態熱管理成為確保設備性能與可靠性的關鍵。為應對傳統熱仿真方法在復雜3DIC結構中計算量大、耗時長的挑戰，AEDT Icepak的ROM（降階模型）技術提供了一種快速且高精度的熱仿真解決方案。該技術通過一維ROM和三維ROM靈活應對不同熱管理場景：一維ROM適用于簡化的熱傳導分析，三維ROM則能處理復雜的熱對流和熱輻射問題。憑借ROM技術，工程師可在不犧牲精度的前提下顯著提升熱仿真速度，加速設計迭代，為3DIC的高效熱管理提供強大支持，成為行業熱仿真領域的突破性工具。
講師：
廉海潯 | Ansys應用工程師主管
同濟大學動力工程碩士。在熱管理，多物理場耦合有豐富的仿真經驗，目前負責Icepak的產品支持及多物理場解決方案的研究和推廣。
形式：線上
費用：免費
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技術鄰簡介：
技術鄰專注于工科技術社區，從最早的CAE技術社區（中國CAE聯盟）發展而來，在CAE領域有20年的教學和咨詢服務經驗。
展開 1.摘要：本文基于PERA SIM Fluid仿真軟件分析電子封裝流動換熱問題，涵蓋了從幾何導入、網格劃分、求解設置到結果后處理的完整仿真流程。計算采用布辛尼斯克（Boussinesq）假設得到自然對流條件下封裝體溫度場及流場分布，通過設置接觸熱阻考慮導熱膠的影響。根據封裝材料屬性、輸入功率、空氣對流換熱系數等邊界條件，從幾何導入及修復開始，到網格劃分、邊界條件設置，到最后結果后處理，最終得到分析結果，實現了電子封裝完整熱分析過程。分析得到的封裝表面溫度和對流換熱效率對封裝設計具有一定的指導意義。
關鍵詞：電子封裝；自然對流；流熱耦合；熱設計
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2.引言
芯片封裝作為設計和制造電子產品開發過程中的關鍵技術之一，是半導體行業關注和重視的重點。封裝的作用主要有保護電路免受外界環境的影響、避免噪聲信號的污染，屏蔽外場的串擾，支撐封裝體內機械機構、電氣互連，緩解封裝體內部的機械應力，提供從封裝體內功率器件到外界環境的熱傳遞路徑，使芯片間的引線從封裝體牢固地引出而非直接裝配在基片上等功能。
半導體技術按摩爾定理的發展，集成電路的密度將越來越高，且尺寸越來越小。所有芯片工作時都會發熱，熱量的累積必導致結點溫度的升高，隨著結點溫度提高，半導體元器件性能將會下降，甚至造成損害。為了保證元器件的結溫低于最大允許溫度，經由封裝進行的從 IC 自身到周圍環境的有效散熱就至關重要。
本文基于PERA SIM Fluid仿真軟件實現了電子封裝熱分析的完整流程，從導入幾何模型開始，到劃分多面體混合網格、設置材料參數和邊界條件，隨后采用多核并行計算并得到最終溫度場結果。分析得到的封裝表面溫度和對流換熱效率對封裝設計具有一定的指導意義。
展開 電子芯片的散熱設計，有多種，常見的有風冷，水冷等
結合相關例題，（參考相關論文），以多芯片組件的液體間接冷卻方式為例，主要應用的是ansys/flotran模塊
電源工程師如今可以使用比以往更強大的熱仿真工具，有限元分析和計算流體動力學甚至能夠為非常復雜的熱管理解決方案提供高精度的預測。
然而，這些新功能卻未解決最關鍵的問題：多熱算過熱？
電源是所有電子設備的核心。它通常需要在相對緊湊的空間中通過低成本來提供高功率和高電壓，為了滿足這些需求，電源設計人員必須充分發揮創意與技能。
但是創意需要依靠豐富的專業知識，電源設計尤為如此。為了解決電源噪聲、時序和效率要求，這全都離不開專業技術和經驗。遺憾的是，熱管理解決方案的反饋回路并非總是這樣直接。雖然令人驚嘆的強大熱工具可以非常準確地預測結溫、殼溫和環境溫度的分布情況，但是與了解具體的溫度相比，想要確定合適的溫度通常是一件更加困難的事情。
面臨風險的組件
降額方法一直是一種值得商榷的做法，但它在老式電子產品中有一定的合理性。因為一般固態機制通常需要幾十年甚至數百年，才會逐漸出現性能劣化、進而導致大量故障。降額策略更多關注的是功能（參數漂移等），其次才考慮可靠性。如今，可靠性問題已變得日益顯著，由于需要在更緊湊的空間內容納更多功能，如此精細的結構導致在幾年內或者甚至幾個月內就會發生性能劣化，即便設計人員遵守了傳統的降額方法也是如此。
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仿真、模擬、有限元分析、多物理場……這些術語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術原理和演進趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領域專家，圍繞Ansys全產品線的技術優勢，帶您深入解析流體、結構、電子設計及電磁仿真、光學、光子學、半導體、自動駕駛
AEDT Icepak 是 Ansys Electronics Desktop（AEDT）平臺中用于電子熱管理的 CFD 求解器。它基于 Ansys Fluent CFD 求解器，可預測 IC 封裝、PCB、電子裝配體、外殼和電力電子設備中的氣流、溫度和熱傳遞，為電子冷卻提供強大解決方案。
8月5日，Ansys官方研討會『AEDT Icepak降階模型：動態熱管理及快速優化解決方案
1.摘要：本文基于PERA SIM Fluid仿真軟件分析電子封裝流動換熱問題，涵蓋了從幾何導入、網格劃分、求解設置到結果后處理的完整仿真流程。計算采用布辛尼斯克（Boussinesq）假設得到自然對流條件下封裝體溫度場及流場分布，通過設置接觸熱阻考慮導熱膠的影響。根據封裝材料屬性、輸入功率、空氣對流換熱系數等邊界條件，從幾何導入及修復開始，到網格劃分、邊界條件設置，到最后結果后處理，最終得到分析結果
來源 | Journal of Energy Chemistry
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背景介紹
隨著電子設備小型化和集成化的蓬勃發展，用于高級計算的微處理器的功率密度急劇增加。電子設備產生的大量熱量積聚在設備內部，例如集成電路。過熱引起的溫度升高會限制電子設備的工作適應性，導致頻繁的故障甚至自燃。因此，開發提高散熱效率的熱管理材料具有重要的意義。
相變材料
來源 | Nano-Micro Letters
01
背景介紹
具有層狀結構的碳纖維復合材料以其特殊的各向異性、高強度在工程相關領域受到了廣泛關注。特別是在散熱方面，層狀結構促進了聲子沿徑向的良好運輸，使熱在平面內快速傳播。與其他熱導體相比，這種獨特的結構特征在水平散熱方面具有壓倒性的優勢，使其非常適合小型化
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
測井工具用于探測極端熱環境下地下石油資源的分布。當測井儀在深度超過5 km的井中作業時，環境溫度可能超過200℃。對于特定儀器，測井儀內部的井下電子設備的溫度在工作期間需要限制在 100 °C 以下。如果沒有熱保護，由于高溫環境和自生熱量的雙重影響
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
解決世界能源問題和減緩全球變暖需要創新的傳熱技術。通過利用傳熱領域的最新進展，可以開發出提高能源效率、高效利用清潔能源、減少環境污染和碳排放的創新解決方案。
新型傳熱技術的開發和實施對于應對全球能源和環境挑戰以及確保電子元件的可靠運行至關重要
來源 | Chemical Engineering Journal
01
背景介紹
隨著集成電路小型化、高功率的快速發展，熱管理已成為電子器件的重要問題之一。然而，實現有效的熱管理是非常具有挑戰性的。因為電子產品主要由堅硬的材料制成，由于堅硬和粗糙的界面之間的點接觸，不能與散熱器產生完美的接觸
來源：
電子器件封裝及熱管理專刊
作者：
劉佳欣、
牟運、
彭洋、
陳明祥
摘要：為了解決大功率發光二極管(LED)散熱效率低、可靠性差等問題，提出將無壓燒結納米銀膏作為芯片固晶材料，應用于大功率發光二極管封裝．對納米銀膏的熱學行為及燒結后的晶體結構進行了表征，分析了燒結溫度對電阻率和孔隙率的影響．利用納米銀膏封裝大功率發光二極管，
來源 | Science Advances
原文 | https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg1837
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背景介紹
隨著柔性材料和加工技術的發展，柔性電子皮膚被視為下一代可穿戴電子設備的“新載體”。運用柔性電子設備結合無線通信技術可以提高信號采集的準確性和多樣性
