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而對(duì)于穩(wěn)定持續(xù)工作的電子芯片，最高溫度不能超過(guò)85℃。研究表明，在70—80℃內(nèi)，單個(gè)電子元件的溫度每升高1℃，系統(tǒng)可靠性降低5％。所以，新型高效的散熱能力是電子芯片穩(wěn)定工作的重要保障。 芯片級(jí)高效的散熱方式主要包含兩種發(fā)展方向：更強(qiáng)的散熱方式和更精細(xì)化的散熱結(jié)構(gòu)。其中，散熱方式經(jīng)歷了自然冷卻-氣冷-液冷三個(gè)發(fā)展階段，更精細(xì)化、微型的散熱結(jié)構(gòu)也成為了目前發(fā)展的主流。

三、Icepak板級(jí)熱仿真實(shí)操熱設(shè)計(jì)當(dāng)今常用的散熱軟件主要有Flotherm和Icepak，其中IcepaK可以求解異形的結(jié)構(gòu)，而且它基于ANSYS FLUENT的求解器，有較好的精度，對(duì)于電子散熱仿真是一款非常專業(yè)的軟件。在汽車電子散熱仿真來(lái)說(shuō)，由于車廠其他結(jié)構(gòu)和電磁的仿真多使用ANSYS的其他軟件，為了統(tǒng)一習(xí)慣，也為了處理異形的CAD結(jié)構(gòu)，icepak用于散熱仿真較為常見。

故事摘要芯片的散熱性能是LED燈具品質(zhì)的重要因素之一。由于LED燈具的發(fā)光原理和工作方式，芯片會(huì)受到較高的溫度影響，如果芯片的散熱性能不足，則會(huì)導(dǎo)致芯片過(guò)熱和壽命縮短，甚至引發(fā)燈具故障。因此，在LED燈具設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，必須考慮芯片的散熱問題，并采取有效的散熱措施。

“運(yùn)行芯片的模擬通常會(huì)識(shí)別一個(gè)或多個(gè)熱點(diǎn)，因此我們可以在熱點(diǎn)下方的基板中添加銅以幫助散熱或更換蓋子材料并添加散熱器等。對(duì)于多個(gè)芯片封裝，我們可以更改配置或考慮采用新方法來(lái)防止熱串?dāng)_。有幾種方法可以優(yōu)化高可靠性和熱性能，”在模擬之后，包裝公司執(zhí)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) (DOE) 以達(dá)到最終的包裝配置。但由于使用專門設(shè)計(jì)的測(cè)試車輛的 DOE 步驟耗時(shí)且成本更高，因此首先利用仿真。

Ansys RedHawk-SC Electrothermal提供了針對(duì)3D-IC（含硅中介）的熱仿真能力。它可以對(duì)設(shè)計(jì)的幾何結(jié)構(gòu)和材料屬性進(jìn)行建模，仿真?zhèn)鳠徇^(guò)程，分析溫度分布和散熱路徑，幫助工程師確保設(shè)計(jì)符合熱性能規(guī)范。 Ansys RedHawk-SC支持電遷移可靠性簽核，使工程師能夠在設(shè)計(jì)階段就發(fā)現(xiàn)并解決電遷移問題，避免反復(fù)流片試錯(cuò)。

由式(1)熱阻計(jì)算公式可知，當(dāng)環(huán)境溫度和芯片功耗一定時(shí)，芯片結(jié)到外界環(huán)境的熱阻越低，芯片的結(jié)溫就越小。而芯片結(jié)到環(huán)境的熱阻由結(jié)殼熱阻、接觸熱阻及散熱器熱阻三者之和組成，其中結(jié)殼熱阻為芯片內(nèi)部熱阻，接觸熱阻和散熱器熱阻為芯片外部熱阻。

芯片是數(shù)據(jù)處理的核心部件，數(shù)據(jù)量的爆炸式增長(zhǎng)對(duì)服務(wù)器芯片的性能提出了更高的要求。當(dāng)服務(wù)器芯片的工作溫度高于額定工作溫度10 ℃時(shí)，服務(wù)器芯片的可靠性降低到50%。因此，服務(wù)器芯片的熱管理技術(shù)是制約數(shù)據(jù)中心發(fā)展的瓶頸之一。風(fēng)冷散熱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)可靠。傳統(tǒng)的低功耗服務(wù)器普遍采用風(fēng)冷方式。然而，對(duì)于大規(guī)模數(shù)據(jù)中心而言，風(fēng)冷能耗較高，且其密度低、散熱能力有限。

通過(guò)Ansys RedHawk-SC進(jìn)行片上熱/自熱分析 隨著技術(shù)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，開關(guān)器件的自發(fā)熱效應(yīng)和互連的電流傳導(dǎo)會(huì)對(duì)電路的可靠性產(chǎn)生影響。Ansys和臺(tái)積電已經(jīng)展開合作，利用散熱器感知流程對(duì)此進(jìn)行正確建模，該流程通過(guò)考慮可能會(huì)影響局部熱點(diǎn)散熱的相鄰導(dǎo)線的熱傳導(dǎo)，提高了熱量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

多個(gè)芯片的高密度集成帶來(lái)了散熱方面的重大挑戰(zhàn)；單個(gè)芯片可以消耗超過(guò)100W的功率，因此必須通過(guò)極為精細(xì)的微凸點(diǎn)連接進(jìn)行布線。

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。

完全受制于日本企業(yè)，甚至現(xiàn)在激光芯片散熱片比芯片本身還要貴。使命、愿景、價(jià)值觀湃泊創(chuàng)始人安屹向媒體解釋：“芯片散熱卡在三高問題：高熱、高壓、高頻，這是最大的痛點(diǎn)，湃泊下決心要從生產(chǎn)鏈條的根本上，和上下游的國(guó)內(nèi)廠商一塊兒解決這三大問題。”所以，湃泊從創(chuàng)立初期，就致力于用國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈閉環(huán)，替代原來(lái)只能依靠日本、歐洲、美國(guó)的這條產(chǎn)業(yè)鏈。

圖下左顯示了回流后未填充通孔的示例，下右顯示了芯片下方的焊料空隙的示例（紅色表示）可通過(guò)X光檢查焊接情況。空隙增加了熱界面的熱阻。同樣，焊料過(guò)多可能會(huì)導(dǎo)致板子底部填滿凸起，從而影響板子和散熱器之間的接觸面積。可以通過(guò)兩個(gè)方法限制焊錫芯吸量。一種方法是保持通孔直徑小于0.3毫米。對(duì)于較小的通孔，通孔內(nèi)部的液態(tài)焊料的表面張力更好地能夠抵抗重力作用在焊料上。

在流體模塊中進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，設(shè)置輸入?yún)?shù)：生熱率=熱耗散功率/體積，芯片的熱耗散功率是20 W，用表達(dá)式將生熱率表示出來(lái)，設(shè)置輸出參數(shù)為壓力出口Outlet，進(jìn)行分析[6]，最后進(jìn)行迭代求解。流體結(jié)果分析云圖如圖5、圖6、圖7所示。

圖7.采用VASCFs/SR墊片和VASCFs/PA/SR相變熱墊片時(shí)，模擬芯片在加熱功率為30 W時(shí)的溫升曲線(a)和平衡溫度(b)，以及散熱原理示意圖。

本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：1、學(xué)習(xí)型仿真工程師2、理工科院校學(xué)生你會(huì)得到什么：1、學(xué)習(xí)杯子的三維模型處理2、學(xué)習(xí)杯子穩(wěn)態(tài)散熱分析步的建立3、學(xué)習(xí)杯子穩(wěn)態(tài)散熱分析的載荷施加4、學(xué)習(xí)杯子穩(wěn)態(tài)散熱的施加案例介紹：所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.案例介紹了ANSYS workbench 杯子穩(wěn)態(tài)散熱分析分析。

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Juniper選用了Ansys? RedHawk-SC?的分布式處理功能，大幅加速其最新高性能網(wǎng)絡(luò)芯片電源完整性簽核工作。此外，Ansys的多層級(jí)芯片電源模型CPM也有助于加快芯片與封裝的高保真度電源網(wǎng)絡(luò)協(xié)同仿真。

該認(rèn)證使更多的芯片設(shè)計(jì)人員能夠采用Ansys半導(dǎo)體仿真解決方案來(lái)執(zhí)行多芯片協(xié)同分析，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并確保設(shè)計(jì)成功。 WoW技術(shù)涉及垂直堆疊而非水平放置在電路板上的硅晶圓或芯片。