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簡介下圖所示的電路板包括三個在正常運行時會產生熱量的芯片。其中一只芯片要電路板通電，芯片就會保持通電，另外兩個芯片通電和斷電是周期性地，在不同的時間以及有不同的持續時間。穩態熱分析和瞬態熱分析用于研究由這些芯片產生的熱量引起的溫度變化。

本次模型利用非結構化六面體網格剖分，長寬比33.3，非正交網格大于70的面個數為零，畸形度大于4的面個數為零，網格質量良好，滿足流熱耦合計算要求，如下圖所示。3.2 模型與求解設置電路板與雙熱阻封裝的屬性設置求解設置3.3 計算結果本分析類型為穩態、流熱耦合計算。

本次模型利用非結構化六面體網格剖分，長寬比33.3，非正交網格大于70的面個數為零，畸形度大于4的面個數為零，網格質量良好，滿足流熱耦合計算要求，如下圖所示。3.2 模型與求解設置電路板與雙熱阻封裝的屬性設置 求解設置3.3 計算結果本分析類型為穩態、流熱耦合計算。

過高的溫度或頻繁的溫度波動會引發材料老化、信號失真，并因材料間熱膨脹系數不匹配而產生熱應力，最終導致焊點開裂、器件失效等故障。因此，評估 PCB 可靠性必須進行瞬態熱力耦合分析，即先分析動態溫度場，再計算由此產生的熱應力。 目標通過高保真建模仿真，系統觀察并量化印刷電路板（PCB）上關鍵元器件在瞬態熱載荷作用下的力學響應與應力表現。

圖 4 雙面散熱功率模塊穩態結果 通過對二氧化硅與環氧樹脂分別作為填充層時的功率模塊進行有限元仿真，瞬態對比圖如圖 5 所示，由瞬態結果分析可知，環氧樹脂作為填充層比 SiO2 作為填充層升溫 速率快，但穩態結溫高 0.016℃，這是因為仿真時使用的環氧樹脂的熱導率比 SiO2 的熱導率低，熱導率越低，會使模塊穩態結溫越高。

該示例問題演示了如何使用獨立于網格的增強單元來執行印刷電路板（PCB）的熱結構分析。 重點介紹了以下特性和功能： • 使用離散和涂抹的加固單元進行建模。 • 熱分析后進行下游結構分析。 介紹 印刷電路板（PCB）在電子設備和其他相關應用中無處不在。一般來說，PCB是由多層層壓材料和多層樹脂粘合而成的。

3D IC散熱分析 3D IC電熱耦合分析 考慮熱效應的芯片EM簽核分析 3D IC熱應力分析 Ansys是業界唯一一家可以提供針對高性能IC設計功耗、噪聲及可靠性仿真的多物理場仿真方案提供商高性能集成電路設計的挑戰，要求設計者的觀念從對芯片、封裝和電路板孤立地分析向更加系統化全面分析的多物理場（Multi-physics）解決方案轉變。

sn=5fc1ae6a051618f169b990e7ddfda7f1&chksm=ea837ca2ddf4f5b4abc1d7ee6d649c92149a5ca7c0f02da7c9482f0d7551bbf939ea3990ce27&scene=21#wechat_redirect" rel="noopener noreferrer" target="_blank">【案例推薦】電路板芯片的穩態與瞬態熱分析

單元類型的選擇結合本章節仿真條件，并為后續的熱應力仿真作鋪墊，穩態溫度場模擬選用C3D8R三維熱實體單元。該單元既能實現勻速熱傳遞，也可用于瞬態熱分析。單元類型選擇如下圖所示。圖2-1 單元類型的選擇2.

經產品結構分析，其熱源主要為電路板及板上功率元器件產生的熱量，如圖2中列出的U1/U2/U3/U32是整個電路板上發熱功率最大的4顆芯片，芯片發出的熱量通過導熱硅膠熱傳導至外殼并最終傳導至空氣中。文中主要針對這4顆芯片進行仿真分析并將芯片結溫(Tj)控制在允許范圍內。表1為鑄鋁殼體、導熱硅膠及芯片導熱相關性能參數。

利用ANSYS有限元軟件和傳熱理論對不同結構的IGBT功率模塊進行了仿真分析，IGBT模塊在穩態下運行的溫度場分布如下圖所示。總體而言，IGBT模塊的內部溫度分布不均勻，因為IGBT模塊中材料的熱導率不同，并且受到熱耦合的影響，尤其是在芯片區域。因此，我們應該合理設計模塊芯片的整體布局，以減少熱耦合對IGBT模塊的影響。

熱學仿真模型的驗證：T3ster 具有高精度的采集功能和測試結果的高重現性，并且 1us 的時間分辨率可以全方位地驗證模型的穩態和瞬態特性。是目前唯一滿足半導體熱阻模型測試標準的測試儀器 。（九）精細熱模型校準 FloTHERM 是廣泛應用于全球各地電子系統結構設計工程師和電子電路設計工程師的電子系統散熱仿真分析軟件。

分析方法 此類問題有兩種分析方法，一種簡化的穩態熱分析，另一種考慮電路板移動影響下的詳細的非穩態分析方法。第一種簡化方法，不考慮電路板的移動，只考慮不同位置下的穩態的熱流場分析。

利用瞬態溫升技術，可測得器件穩態熱阻和溫升，不但可以測得半導體器件穩態熱阻和溫升，而且可以直接測量各部分對于溫升的貢獻，計算芯片熱流路徑上的縱向熱阻構成，對器件熱可靠性設計、散熱問題解決、產品性能提升和長期可靠性至關重要。 半導體器件內部熱阻構成示意圖 目前，國內外對單芯片內部熱阻組成和結殼熱阻進行了廣泛研究，并有一些科研院所和企業研制出了熱阻測試儀。

器件的瞬態溫升與熱阻密切相關，熱阻由芯片層、焊料層、管殼等組成。利用瞬態溫升技術，可測得器件穩態熱阻和溫升，不但可以測得半導體器件穩態熱阻和溫升，而且可以直接測量各部分對于溫升的貢獻，計算芯片熱流路徑上的縱向熱阻構成，對器件熱可靠性設計、散熱問題解決、產品性能提升和長期可靠性至關重要。

穩態熱分析o 核心求解器為 ANSYS Mechanical，適合快速驗證熱設計可行性，常作為瞬態或耦合分析的前置步驟。o 輻射僅支持表面輻射（角系數計算），無法考慮氣體介質的輻射吸收 / 發射。2. 瞬態熱分析o 需設置合理時間步長（如用自動時間步控制收斂），避免溫度突變導致結果振蕩。o 支持材料熱導率、比熱容隨溫度變化，適配高溫合金、復合材料等非線性場景。

此外，Celsius Thermal Solver基于先進3D 結構中電力的實際流動，執行靜態（穩態）和動態（瞬態）電熱協同仿真，提供了對真實世界系統行為的預見性。

透明框內為位于PCB板頂部的集成電路（EIC），EIC用作熱源以啟動PCB板的熱分析。在本例中，我們將EIC視為均勻熱源，用戶也可以加載EIC的功率分布圖以進行更復雜的熱分析。本次熱仿真中，EIC加熱數據來自芯片熱模型（CTM），焦耳加熱數據則來自SIwave。晶圓底部溫度設定為50℃，頂部采用自然對流換熱系數（HTC）。

04 回流問題的解決辦法 在PCB板上引起回流問題通常有三個方面：芯片互連，銅面切割，過孔跳躍。下面具體對這些因素進行分析。 4.1 芯片互連引起的回流問題當數字電路工作時，將發生高、低電壓之間的轉換，這就引起瞬態負載電流從電源流入電路或由電路流入地線。