Simulación de refrigeración de componentes electrónicos

Para los OEM de semiconductores es crucial entender la influencia de la estructura del paquete en el comportamiento térmico y la fiabilidad, especialmente con el aumento de la densidad de potencia y la complejidad en el desarrollo de paquetes modernos. Los desafíos como los del desarrollo complejo de sistemas en chip (SoC) y 3D-IC (circuito integrado) significan que el diseño térmico debe formar parte integral del desarrollo de paquetes. La capacidad de apoyar la cadena de suministro en adelante con modelos térmicos y consejos de modelización que vayan más allá de los valores de las hojas de datos tiene un valor diferenciado en el mercado.

Para los fabricantes de productos electrónicos que integran circuitos integrados empaquetados en los productos, es importante poder predecir con precisión la temperatura de unión de un componente de una placa de circuito impreso (PCB) en un entorno a nivel de sistema para desarrollar diseños de gestión térmica adecuados que sean rentables. Las herramientas de software de simulación de refrigeración electrónica proporcionan esa información. Es deseable que los ingenieros térmicos tengan opciones disponibles para modelar la fidelidad de los paquetes de circuitos integrados que se adapten a las diferentes etapas de diseño y a la disponibilidad de la información. Para modelar con la máxima precisión los componentes críticos en escenarios transitorios, es posible calibrar automáticamente un modelo térmico detallado para calibrar automáticamente los datos de medición transitoria de la temperatura de unión con las soluciones de Simcenter.

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Modele el rendimiento térmico de PCB multicapa complejos y dispositivos montados para predecir con precisión la temperatura de unión de los componentes. Para entender la influencia térmica de la placa se requiere el nivel de precisión adecuado, adecuado a la información disponible en cada fase del desarrollo.

Dentro del diseño térmico electrónico, las opciones de fidelidad del modelado térmico de PCB, desde tipos simples, conductividad térmica en cada capa hasta el modelado explícito de trazas de cobre, son adecuadas para las diferentes etapas del desarrollo. Esto incluye desde explorar la ubicación de los componentes hasta verificar el rendimiento térmico de una placa completamente enrutada. Uno de los enfoques más recientes del análisis térmico de PCB es modelar una placa completa como un conjunto de red que sea eficiente desde el punto de vista computacional sin sacrificar la precisión.

El diseño electrónico, la conectividad del flujo de trabajo y la capacidad de importar la información de la placa desde los principales formatos de archivo del software EDA y también de actualizar los modelos con nueva información son factores clave para lograr procesos de análisis térmico eficientes. Las herramientas que permiten a los ingenieros procesar fácilmente los datos del archivo ECAD que contienen la disposición de la placa, los detalles de las rutas y la información de los componentes para acelerar la creación de modelos térmicos, junto con los métodos para implementar la información energética en el análisis térmico.

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Para lograr la máxima precisión en el análisis térmico de los PCB, incluido el calentamiento con julios de la traza de cobre de la PCB, es ventajoso colaborar con ingenieros electrónicos que trabajan en la simulación de la integridad de la señal y la potencia de los PCB. La cosimulación entre el software de refrigeración electrónica 3D y el software de simulación de integridad energética EDA representa con precisión la disipación de energía en trazas de cobre de la placa teniendo en cuenta los cambios de resistencia eléctrica con la temperatura. Explore las razones de la cosimulación electrotérmica de PCB en este vídeo.

Las carcasas de aparatos electrónicos deben albergar conjuntos de PCB, componentes, fuentes de alimentación, conectores, sensores y mucho más. También debe proporcionar suficiente refrigeración, flujo de aire o transferencia de calor por conducción al entorno ambiente para garantizar un rendimiento fiable del producto. Ya sea que esté diseñando una carcasa industrial refrigerada por convección forzada, una carcasa de aviónica sellada o el último producto de electrónica de consumo con factor de forma delgado, estas herramientas de análisis térmico por CFD 3D permiten explorar rápidamente diferentes soluciones de refrigeración. Las herramientas que pueden gestionar la geometría MCAD de forma fácil o directa para la simulación por CFD son ventajosas, ya que puede centrarse menos en los pasos de preprocesamiento y más en los resultados del modelado térmico a nivel del sistema de gabinetes y en la optimización de su diseño.

Descargue la guía completa a la gestión térmica del gabinete para obtener consejos de diseño.

La refrigeración del centro de datos para un funcionamiento fiable es crucial para evitar interrupciones debido a un rendimiento limitado. La refrigeración de los centros de datos en todo el mundo representa una proporción importante de la energía y está previsto que aumente con la expansión de la demanda de procesamiento de la IA, por lo que un diseño de refrigeración eficiente es de suma importancia para que las operaciones del centro de datos sean exitosas y sostenibles. Con la simulación CFD, puede predecir el flujo de aire y la transferencia de calor en las salas de los centros de datos tradicionales y en sistemas grandes y complejos similares. Puede asegurarse de que los servidores, los racks y los componentes críticos se mantienen dentro de los límites de temperatura requeridos y desarrollar la estrategia de refrigeración más eficaz. La refrigeración líquida se adopta cada vez más debido a las ventajas de la transferencia de calor. Con una combinación de herramientas de simulación de sistemas 1D y CFD 3D de Simcenter, puede evaluar las placas frías, los sistemas de tuberías, los intercambiadores de calor y las CDU directamente al chip de todo el centro de datos e incluso abordar los desafíos de modelado térmico del sistema para la emergente tecnología de refrigeración por inmersión y seleccionar soluciones de refrigeración bifásica.

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La refrigeración líquida ofrece ventajas para una refrigeración eficaz y eficiente de las aplicaciones electrónicas en las que hay requisitos de alta disipación del calor por motivos de funcionamiento y fiabilidad. Desde minimizar la caída de presión personalizada en placas frías en las aplicaciones de electrónica de potencia hasta ayudar al diseño térmico en el área de la creciente adopción de la refrigeración por inmersión de los servidores, utilice electrónica CFD 3D precisa, simulación de refrigeración electrónica y dinámica de fluidos 1D para optimizar su diseño refrigerado por líquido.

Vea el vídeo (a la derecha) sobre las ventajas de la refrigeración líquida de los servidores periféricos, información de Iceotope Technologies.

Ver la presentación bajo demanda - Gestión térmica del hardware de IA: información sobre refrigeración líquida para máquinas de aprendizaje profundo de Electronic Cooling Solutions Inc

La precisión mejorada del análisis térmico ayuda a cumplir los requisitos de diseño cada vez más exigentes en el desarrollo de la electrónica moderna. Calibrar un modelo térmico con datos de medición térmica transitoria puede ayudarlo a lograr la máxima precisión en la simulación térmica. La calibración automática del modelo térmico supera la necesidad de realizar cambios graduales en los atributos del modelo térmico, que consumen mucho tiempo, de realizar cambios graduales en los atributos del modelo térmico. El uso de un modelo térmico calibrado significa que se pueden abordar los riesgos de un diseño insuficiente para garantizar la fiabilidad mediante la modelización precisa de los escenarios del perfil de la misión para verificar el rendimiento. Al mismo tiempo, con una mayor confianza en la precisión, los ingenieros pueden abordar las posibles áreas de sobrediseño para reducir los costes de los productos.

Para obtener información general sobre los métodos de ensayo térmico transitorio y la calibración del modelo de simulación

ver la presentación bajo demanda: Caracterización térmica de paquetes de semiconductores: medición térmica, desde la fiabilidad hasta la calidad

La tecnología de modelo de pedido reducido independiente de las condiciones de límite (BCI-ROM) ofrece ventajas para un análisis térmico transitorio rápido de la electrónica órdenes de magnitud más rápido que la CFD 3D completa, a la vez que preserva la precisión. Un BCI-ROM se genera automáticamente a partir de un análisis de conducción 3D que mantiene la precisión predictiva, pero puede resolverse más de 40 000 veces más rápido en casos demostrados. El aspecto de «independiente de las condiciones límite» de los modelos de pedido reducido es extremadamente valioso, ya que se pueden utilizar en cualquier entorno térmico. Las BCI-ROM pueden generarse en diferentes formatos para permitir una resolución rápida e independiente en formato matricial, incorporarse a la simulación de circuitos para herramientas de análisis electrotérmico (formato VHDL-AMS) o utilizarse en el modelado de herramientas de simulación de sistemas 1D (formato FMU).

Ver el blog: El futuro del diseño térmico: análisis electrotérmicos anteriores

Ver la a la carta: Acelere el diseño de los sistemas electrónicos con una simulación eléctrica con detección térmica (Con la visión de un orador invitado de ROHM Semiconductor)

El diseño térmico para la fiabilidad de los productos electrónicos se beneficia de una predicción precisa de las temperaturas, los gradientes y las variaciones transitorias cíclicas, que pueden utilizarse posteriormente en el análisis de tensiones termomecánicas. El análisis termomecánico se utiliza para investigar los modos de fallo, las posibles áreas de riesgo de degradación y obtener información sobre la durabilidad y la vida útil.

Los flujos de trabajo de evaluación de tensiones termomecánicas mediante CFD y análisis de elementos finitos (FEA) pueden adoptar varias formas. El análisis CFD lo puede realizar un analista térmico dedicado en un software de refrigeración electrónica y los resultados 3D de temperatura transitoria se pueden exportar a una herramienta mecánica de FEA. Como alternativa, los ingenieros que trabajan en el entorno CAD pueden beneficiarse de una combinación de análisis de tensión termomecánica y CFD térmicos integrados en el CAD para reducir el tiempo total de análisis.

Explore tres flujos de trabajo para la simulación de refrigeración por CFD de electrónica y el análisis de tensión termomecánica de FEA Electronics en este seminario web bajo demanda.