Simulación de refrigeración electrónica

Para los OEM de semiconductores es crucial comprender la influencia de la estructura del paquete en el comportamiento térmico y la confiabilidad, especialmente con el aumento de la densidad de potencia y la complejidad en el desarrollo de paquetes modernos. Desafíos como los del desarrollo complejo de sistemas en un chip (SoC) y 3D-IC (circuito integrado) significan que el diseño térmico debe ser parte integral del desarrollo de paquetes. La capacidad de apoyar la cadena de suministro posterior con modelos térmicos y consejos de modelado que van más allá de los valores de las especificaciones técnicas es de 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 en una placa de circuito impreso (PCB) dentro de un entorno a nivel de sistema para desarrollar diseños de gestión térmica apropiados 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 paquetes IC para adaptarse a diferentes etapas de diseño y disponibilidad de información. Para el modelado de mayor precisión de componentes críticos en escenarios transitorios, un modelo térmico detallado es posible calibrar automáticamente para conectar datos de medición transitoria de temperatura con las soluciones de Simcenter.

Explore la simulación térmica del paquete IC

• Flujo de trabajo de desarrollo térmico de paquetes de semiconductores de alta densidad: ver seminario web

Modele el rendimiento térmico de PCB multicapa complejos y dispositivos montados para predecir con precisión la temperatura de unión de componentes. Comprender la influencia térmica de la placa requiere el nivel correcto de precisión, adecuado a la información disponible en cada etapa de desarrollo.

Dentro del diseño térmico electrónico, las opciones para la fidelidad de modelado térmico de PCB, desde tipos simples, conductividad térmica en cada capa, hasta modelado explícito de trazas de cobre, son adecuadas para diferentes etapas de 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 para el análisis térmico de PCB es modelar una placa completa como ensamblaje de red que sea computacionalmente eficiente sin sacrificar la precisión.

La conectividad del flujo de trabajo de diseño electrónico y la capacidad de importar información de la placa de los principales formatos de archivo de software EDA y también actualizar modelos con nueva información, es un habilitador clave para procesos eficientes de análisis térmico. Hay claras ventajas en las herramientas que permiten a los ingenieros procesar fácilmente los datos de archivos ECAD que contienen el diseño de la placa, los detalles de enrutamiento y la información de componentes para acelerar la creación de modelos térmicos junto con métodos para implementar información de energía en el análisis térmico.

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Para lograr la mayor precisión en el análisis térmico de PCB, incluido el calentamiento en julios de la traza de cobre en la PCB, es ventajoso colaborar con ingenieros electrónicos que trabajan en la simulación de la señal de PCB y la integridad de la energía. La cosimulación entre el software de enfriamiento electrónico 3D y el software de simulación de integridad de energía EDA representa con precisión la disipación de energía de trazado de cobre de placa que representa los cambios de resistencia eléctrica con la temperatura. Explore las razones de la co-simulación electrotérmica de PCB en este video.

Los gabinetes electrónicos deben albergar conjuntos de PCB, componentes, fuentes de alimentación, conectores, sensores y mucho más. También debe proporcionar suficiente flujo de aire de enfriamiento o transferencia de calor conductiva al entorno ambiente para garantizar un rendimiento confiable del producto. Ya sea que esté diseñando un gabinete industrial refrigerado por convección forzada, un gabinete de aviónica sellado o el último producto de electrónica de consumo de factor de forma delgada, estas herramientas de análisis térmico 3D CFD permiten una exploración rápida de diferentes soluciones de refrigeración. Las herramientas que pueden manejar la geometría MCAD fácilmente o directamente para la simulación CFD son ventajosas para que se concentre menos en los pasos de preprocesamiento y más en los resultados del modelado térmico a nivel del sistema del gabinete y la optimización de su diseño.

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

La refrigeración del centro de datos para una operación confiable es crucial para evitar interrupciones en el rendimiento limitado. La refrigeración del centro de datos en todo el mundo es una proporción significativa de energía y esto aumentará con la expansión de la demanda de procesamiento de IA, por lo que el diseño de enfriamiento eficiente es de gran importancia para las operaciones exitosas y sostenibles del centro de datos. Mediante la simulación CFD, puede predecir el flujo de aire y la transferencia de calor en salas de centros de datos tradicionales y sistemas complejos grandes similares. Puede asegurarse de que los servidores, racks y componentes críticos se mantengan dentro de los límites de temperatura requeridos y desarrollar la estrategia de enfriamiento más eficiente. La refrigeración líquida se está adoptando cada vez más debido a las ventajas de la transferencia de calor. Usando una combinación de las herramientas de simulación de sistemas Simcenter 3D CFD y 1D, puede evaluar placas frías directas a chip, sistemas de tuberías, intercambiadores de calor, CDU para todo el centro de datos e incluso abordar los desafíos de modelado térmico del sistema para la tecnología emergente de enfriamiento por inmersión y seleccionar soluciones de enfriamiento de 2 fases.

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La refrigeración líquida ofrece ventajas para el enfriamiento efectivo y eficiente de aplicaciones electrónicas donde hay altos requisitos de disipación de calor para fines de operación y confiabilidad. Desde minimizar la caída de presión personalizada de la placa fría en aplicaciones de electrónica de potencia hasta ayudar al diseño térmico en el área de la creciente adopción de enfriamiento por inmersión de servidores, utilice la simulación precisa de enfriamiento electrónico 3D CFD y la dinámica de fluidos 1D para optimizar su diseño refrigerado por líquido.

Vea el video (derecha) sobre las ventajas de la refrigeración líquida del servidor perimetral información de Iceotope Technologies.

Ver presentación bajo demanda - Administración térmica de hardware de IA: información sobre refrigeración líquida de máquina de aprendizaje profundo de Electronic Cooling Solutions Inc

La precisión mejorada del análisis térmico ayuda a satisfacer los requisitos de diseño cada vez más exigentes en el desarrollo de electrónica moderna. Calibrar un modelo térmico con datos de medición térmica transitoria puede ayudarle a lograr la máxima precisión en la simulación térmica. La calibración automática del modelo térmico supera la necesidad de realizar cambios incrementales en los atributos del modelo térmico que requieren mucho tiempo para realizar cambios incrementales. El uso de un modelo térmico calibrado significa que se pueden abordar los riesgos de diseño insuficiente para garantizar la confiabilidad a través del modelado preciso de escenarios de perfil de misión para verificar el rendimiento. Al mismo tiempo, con una mayor confianza en la precisión, los ingenieros pueden abordar áreas potenciales de sobrediseño para reducir los costos del producto.

Para obtener una descripción general de los métodos de prueba de transitorios térmicos y la calibración del modelo de simulación

vea la presentación bajo demanda: Caracterización térmica del paquete de semiconductores: métricas térmicas, fiabilidad a la calidad

La tecnología de modelo de orden reducido independiente de condición límite (BCI-ROM) ofrece ventajas para el análisis térmico transitorio rápido de órdenes de magnitud electrónicos más rápido que los CFD 3D completos, al tiempo 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 resolver más de 40.000 veces más rápido en los casos demostrados. El aspecto “independiente de la condición límite” de los modelos de pedido reducido es extremadamente valioso, ya que se pueden usar en cualquier entorno térmico. Las BCI-ROM se pueden generar en diferentes formatos para admitir la resolución rápida independiente en formato de matriz, incorporarse a la simulación de circuitos para herramientas de análisis electrotérmico (formato VHDL-AMS) o usarse en el modelado de herramientas de simulación de sistemas 1D (formato FMU).

Ver el blog: El futuro del diseño térmico: análisis electrotérmico anterior

Vea el “on-demand”: Acelere el diseño de sistemas electrónicos con simulación eléctrica térmicamente consciente (Con información de un orador invitado de ROHM Semiconductor)

El diseño térmico para la confiabilidad de los productos electrónicos se beneficia de la predicción precisa de temperaturas, gradientes y variaciones transitorias cíclicas que pueden usarse posteriormente en el análisis de tensión termomecánico. El análisis termomecánico se utiliza para investigar los modos de falla, las áreas potenciales de riesgo de degradación, la durabilidad y la información de por vida.

Los flujos de trabajo de evaluación de tensiones termomecánicas de CFD a análisis de elementos finitos (FEA) pueden adoptar varias formas. El análisis CFD puede ser realizado por un analista térmico dedicado en un software de enfriamiento electrónico y los resultados de temperatura transitoria 3D se pueden exportar a una herramienta FEA mecánica. Alternativamente, los ingenieros que trabajan en el entorno CAD pueden beneficiarse de un CFD térmico integrado en CAD combinado y un análisis de tensión termomecánico para acortar el tiempo de análisis general.

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