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下面就來介紹一下如何使用云道智造“電子散熱模塊”進行“基于雙熱阻模型的芯片封裝中簡單強制對流換熱”仿真分析。“芯片雙熱阻封裝的簡單強制對流換熱問題”仿真分析1、模擬條件本算例中建立了包括 1 個機箱、1 個 PCB 板、1 個雙熱阻封裝、1 個軸流風扇、1 個散熱器的簡單強迫對流換熱模型，目的在于雙熱阻封裝模塊的應用，便于熟悉雙熱阻封裝模塊的設置。穩態計算，不考慮輻射。

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在電子產品仿真中，PCB/封裝結構的建模準確性一直是影響仿真速度和精度的關鍵因素。 Ansys 一直致力于該功能研發，例如 Trace mapping 局部材料等效方法，可以快速高效地對PCB/封裝結構進行等效建模。

</li></ul><p><br></p><p>本期的基于Inspire Fluid的隱式建模換熱器設計和熱仿真分享就到這里啦，下一期我們將分享更多實用功能，敬請期待。

準確預測由不同材料構成組件中的熱應力是一個具有挑戰性的分析問題。熱致應力由溫度梯度、支撐以及當連接材料具有不同熱膨脹系數（CTE）時產生。對于CTE不匹配的情況，即使溫度均勻，也會導致熱應變的差異，從而引發機械應變和應力。針對這些連接的建模假設會對局部應力產生重大影響。在對這類組件進行建模之前，仿真工程師必須回答的第一個問題是：是什么使部件保持在一起？

Ansys Mechanical具有多種封裝PCB建模方案和大量封裝PCB結構可靠性仿真案例。 本次演講將介紹Ansys Mechanical多種封裝PCB建模方法和基本原理，并從PCB封裝制造和使用階段可靠性出發，介紹客戶相關使用經驗。

該器件可以單獨仿真，也可以安裝在與其預期應用類似的PCB上。這就是為什么西門子支持從Xpedition到MCAD NX環境的無縫PCB模型導入，在這里建模的芯片及其所有內部細節被添加。參見下面的圖2。 圖2: PCB模型導入和添加改進的封裝定義下一步是根據研究目標，利用整個PCB或封裝下方的一個狹窄部分進行仿真。在熱仿真開始之前，應定義材料，并直接從包創建者導入或手動添加。

對于小型、大功率、低引腳數的封裝，電路板上走線的長度尺度在數量級方面與封裝類似，因此在電子設計自動化 (EDA) 系統提供這些信息之前，有必要在與封裝類似的幾何細節級別上對這些特性進行建模。例如，在對封裝進行詳細建模時，代表TO封裝上所焊接的銅墊，以及封裝上的局部走線。

一方面，通過在設計階段進行仿真，工程師只需要在計算機對不同封裝模型進行建模模擬，不僅可以節省實驗原料成本，還可以快速識別關鍵問題所在；另一方面，工程師可以結合DOE分析，通過考慮多組參數對翹曲的實際影響，優化芯片的結構和布局，獲取最佳設計。

隨著封測技術的發展，尺寸更小、速率更快、厚度更薄、集成度更高的封裝形式不斷出現，甬矽電子致力于中高端半導體芯片封裝和測試領域，需要仿真軟件的支持，來提升新技術的研發效率。他們評估軟件時發現，Ansys 提供的強大實體建模及劃分網格工具，能夠高效地創建有限元模型。

隨著周轉時間顯著縮短，在開發這些復雜設計的過程中，Chipletz 工程團隊能夠盡早針對 3D-IC 和 2.5D 封裝多次運行高效且詳細的熱仿真。”

熱仿真鑒于各種不同的方案選項以及對不同需求的權衡，仿真成為了開發熱管理解決方案的理想工具。在半導體芯片封裝層面，設計人員可以迭代封裝方法、熱焊點及熱通孔的位置，以及接地層的厚度。另一方面，在更大尺度的應用中，可以使用計算流體力學（CFD）對數據中心內部和整個樓層機架周圍的氣流進行建模和優化。

? 評估接點間距與接點分布對流動的影響? 優化底膠的點膠路徑設定灌膠? 更真實且詳細的點膠頭路徑及給料的可視化 (支持potting & dotting)? 利用完整的物理模型來仿真表面張力引發現象，如爬膠? 方便的建模工具及設定接口來重現多樣的制程設計

，包含了Redhawk/HFSS等業界黃金工具，基于CPM/CSM/CTM等獨有的芯片模型，通過協同仿真考察芯片與PKG/PCB之間的耦合影響，通過電、熱、結構之間的多物理場耦合仿真使得仿真精度更高，幫助設計者優化從芯片至系統的SIPI/熱/結構可靠性等設計指標，此流程已經支持多家客戶在先進工藝節點和大規模的2.5D/3D IC設計上成功流片。

可用于排除或排除小芯片不同組合的早期建模工具為復雜模塊的設計人員提供了巨大的推動力。在這個功率密度不斷提高的時代，熱仿真和引入新的 TIM 仍然必不可少。

而基于自主通用的多物理場仿真平臺Simdroid無代碼化封裝的仿真APP，可以快速實現養殖場環境的通風散熱設計與分析，大大降低了設計人員的技術門檻，提高了設計效率，可以“自主可控”地改善生豬的生長環境。采用共軛傳熱的方式對養殖廠房內的流動與傳熱現象進行耦合求解。在生豬、養殖人員、建筑材料等固體內部，熱量主要以熱傳導方式進行擴散；在流體與固體界面，熱量傳遞主要以熱對流為主。

6.結論本文用國產仿真軟件PERA SIM Fluid對電子封裝模型進行了溫度場、流場分析，得到了自然對流條件下封裝表面溫度分布，為芯片封裝設計和電子產品制造開發提供了一定的參考信息。可以看出，作為一款國產仿真軟件，PERA SIM Fluid支持耦合換熱方面的計算，能幫助分析封裝級流動換熱問題。

（裸芯疊構示意） （Wire Bond 設置） （3D檢查） 在SiP設計完成后，我們通常需要對SiP封裝的電性能及熱性能進行電熱協同仿真，以保證封裝產品的可靠性。針對封裝SIP的仿真分析工具主要分為四大類：一是封裝模型的提取、建模工具，二是電源完整性及信號完整性分析工具，第三類為電熱協同仿真工具，最后則為熱力結合仿真工具。

對模型進行假設和簡化：功率模塊中的各層材料和結構均為各向同性的均勻層狀結構；忽略外殼模型的建立；仿真建模時只建立了包含單個 SiC 芯片和單個二極管的有限元模型；對芯片與二極管之間的鋁鍵合線等進行了省略，只對整個模型的 一半進行構建，對模型進行切分并賦予材料。