Simulation de refroidissement électronique

Pour les fabricants de semi-conducteurs, il est crucial de comprendre l'influence de la structure des emballages sur le comportement thermique et la fiabilité, en particulier avec l'augmentation de la densité de puissance et de la complexité dans le développement de packages modernes. Les défis tels que ceux liés au développement complexe de systèmes sur puce (SoC) et de 3D-IC (circuits intégrés) signifient que la conception thermique doit faire partie intégrante du développement de l'emballage. La capacité de soutenir la chaîne d'approvisionnement à venir avec des modèles thermiques et des conseils de modélisation qui vont au-delà des valeurs de fiche technique a une valeur différenciée sur le marché.

Pour les fabricants d'électronique intégrant des circuits intégrés emballés dans des produits, il est important de pouvoir prédire avec précision la température de jonction d'un composant sur une carte de circuit imprimé (PCB) dans un environnement au niveau du système afin de développer des conceptions de gestion thermique appropriées et rentables. Les outils logiciels de simulation de refroidissement électronique fournissent cet aperçu. Il est souhaitable pour les ingénieurs thermiques d'avoir des options disponibles pour modéliser la fidélité des boîts-circuits intégrés en fonction des différentes étapes de conception et de la disponibilité des informations. Pour une modélisation de la plus haute précision des composants critiques dans les scénarios transitoires, un modèle thermique détaillé est possible pour calibrer automatiquement à la jonction les données de mesure transitoires de température avec les solutions Simcenter.

Explorez la simulation thermique du package IC

• Flux de travail de développement thermique de paquets de semi-conducteurs haute densité — regarder le webinaire

Modélisez les performances thermiques des PCB multicouches complexes et des dispositifs montés pour prédire avec précision la température de jonction des composants. Comprendre l'influence thermique de la carte nécessite le bon niveau de précision, adapté aux informations disponibles à chaque étape du développement.

Dans la conception thermique de l'électronique, les options de fidélité de modélisation thermique des PCB, des types simples, de la conductivité thermique dans chaque couche, à la modélisation explicite des traces de cuivre sont adaptées à différentes étapes de développement. Cela inclut de l'exploration du placement des composants à la vérification des performances thermiques d'une carte entièrement routée. L'une des dernières approches de l'analyse thermique des PCB consiste à modéliser une carte entière en tant qu'assemblage réseau qui est efficace sur le plan informatique sans sacrifier la précision.

La connectivité des flux de travail de conception électronique et la possibilité d'importer des informations de carte à partir des principaux formats de fichiers logiciels EDA et également de mettre à jour les modèles avec de nouvelles informations, sont un facteur clé pour des processus d'analyse thermique efficaces. Il y a des avantages évidents dans les outils qui permettent aux ingénieurs de traiter facilement les données de fichiers ECAD contenant la disposition de la carte, les détails de routage et les informations sur les composants pour accélérer la création de modèles thermiques parallèlement aux méthodes d'implémentation des informations de puissance dans l'analyse thermique.

Regarder le webinaire - Simulation thermique et thermo-mécanique multicouche de PCB

Pour obtenir la plus grande précision dans l'analyse thermique des PCB, y compris le chauffage par joule de la trace de cuivre sur le PCB, il est avantageux de collaborer avec des ingénieurs en électronique travaillant sur la simulation du signal PCB et de l'intégrité de la puissance. La co-simulation entre le logiciel de refroidissement électronique 3D et le logiciel de simulation d'intégrité de puissance EDA représente avec précision la dissipation de puissance de la carte cuivre-trace en tenant compte des changements de résistance électrique avec la température. Explorez les raisons de la co-simulation électrothermique de PCB dans cette vidéo.

Les boîtiers électroniques doivent contenir des assemblages de circuits imprimés, des composants, des alimentations, des connecteurs, des capteurs et bien plus encore. Il doit également fournir un flux d'air de refroidissement suffisant ou un transfert de chaleur conducteur vers l'environnement ambiant pour assurer des performances fiables du produit. Que vous conceviez un boîtier industriel refroidi par convection forcée, un boîtier avionique scellé ou le dernier produit électronique grand public à facteur de forme mince, ces outils d'analyse thermique 3D CFD permettent une exploration rapide de différentes solutions de refroidissement. Les outils qui peuvent gérer la géométrie MCAD facilement ou directement pour la simulation CFD sont avantageux pour que vous vous confondiez moins sur les étapes de prétraitement et plus sur les résultats de modélisation thermique au niveau du système de boîtier et sur l'optimisation de votre conception.

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Le refroidissement du centre de données pour un fonctionnement fiable est crucial pour éviter les pannes sur des performances limitées. Le refroidissement des centres de données dans le monde entier représente une part importante de l'énergie et cela devrait augmenter avec l'expansion de la demande de traitement de l'IA, donc une conception de refroidissement efficace est d'une grande importance pour des opérations réussies et durables des centres de données. En utilisant la simulation CFD, vous pouvez prédire le flux d'air et le transfert de chaleur dans les halls traditionnels des centres de données et les grands systèmes complexes similaires. Vous pouvez vous assurer que les serveurs, les racks et les composants critiques restent dans les limites de température requises et développer la stratégie de refroidissement la plus efficace. Le refroidissement liquide est de plus en plus adopté en raison des avantages du transfert de chaleur. En utilisant une combinaison d'outils Simcenter 3D CFD et de simulation de système 1D, vous pouvez évaluer des plaques froides directes sur puce, des systèmes de tuyauterie, des échangeurs de chaleur, des CDU sur l'ensemble du centre de données et même relever les défis de modélisation thermique du système pour la technologie émergente de refroidissement par immersion et sélectionner des solutions de refroidissement biphasées.

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Le refroidissement par liquide offre des avantages pour un refroidissement efficace et efficace des applications électroniques où les exigences de dissipation thermique sont élevées à des fins de fonctionnement et de fiabilité. De la réduction de la chute de pression des plaques froides personnalisées dans les applications d'électronique de puissance à l'aide à la conception thermique dans le domaine de l'adoption croissante du refroidissement par immersion des serveurs, utilisez une simulation précise de refroidissement électronique CFD 3D et la dynamique des fluides 1D pour optimiser votre conception de refroidissement par liquide.

Regardez la vidéo (à droite) sur les avantages du refroidissement liquide des serveurs Edge grâce à Iceotope Technologies.

Voir la présentation à la demande - Gestion thermique du matériel d'IA : informations sur le refroidissement liquide des machines d'apprentissage en profondeur d'Electronic Cooling Solutions Inc

L'amélioration de la précision de l'analyse thermique permet de répondre aux exigences de conception de plus en plus exigeantes dans le développement de l'électronique moderne. L'étalonnage d'un modèle thermique avec des données de mesure thermique transitoires peut vous aider à obtenir la plus grande précision dans la simulation thermique. L'étalonnage automatique du modèle thermique surmonte le besoin d'étapes d'étalonnage manuel d'un temps prohibitif pour apporter des modifications incrémentielles aux attributs du modèle thermique. L'utilisation d'un modèle thermique calibré signifie que les risques de sous-conception peuvent être traités pour assurer la fiabilité grâce à une modélisation précise des scénarios de profil de mission pour vérifier les performances. Dans le même temps, avec une plus grande confiance dans la précision, les ingénieurs peuvent aborder les domaines potentiels de sur-conception pour réduire les coûts des produits.

Pour un aperçu des méthodes d'essai des transitoires thermiques et de l'étalonnage du modèle de simulation

regarder la présentation à la demande: Caractérisation thermique des emballages de semi-conducteurs — métriques thermiques, fiabilité à la qualité

La technologie BCI-ROM (modèle d'ordre réduit indépendant des conditions limites) offre des avantages pour l'analyse thermique transitoire rapide des ordres de grandeur électroniques plus rapide que les CFD 3D complets tout en préservant la précision. Un BCI-ROM est généré automatiquement à partir d'une analyse de conduction 3D qui maintient une précision prédictive mais peut résoudre plus de 40 000 fois plus rapidement dans les cas démontrés. L'aspect « indépendant des conditions limites » des modèles à commande réduite est extrêmement précieux, car ils peuvent être utilisés dans n'importe quel environnement thermique. Les BCI-ROM peuvent être générés dans différents formats pour prendre en charge la résolution rapide autonome au format matriciel, incorporés dans la simulation de circuit pour les outils d'analyse électrothermique (format VHDL-AMS) ou utilisés dans la modélisation d'outils de simulation de système 1D (format FMU).

Voir le blog: L'avenir de la conception thermique — analyse électrothermique antérieure

Regarder la vidéo à la demande: Accélérez la conception de systèmes électroniques avec une simulation électrique sensible à la chaleur (Avec l'avis d'un conférencier invité de ROHM Semiconductor)

La conception thermique pour la fiabilité des produits électroniques bénéficie d'une prédiction précise des températures, des gradients et des variations transitoires cycliques qui peuvent ensuite être utilisées dans l'analyse des contraintes thermo-mécaniques. L'analyse thermo-mécanique est utilisée pour étudier les modes de défaillance, les zones potentielles de risque de dégradation, la durabilité et les informations sur la durée de vie.

Les flux de travail d'évaluation des contraintes thermo-mécaniques CFD vers éléments finis (FEA) peuvent prendre plusieurs formes. L'analyse CFD peut être effectuée par un analyste thermique dédié dans un logiciel de refroidissement électronique et les résultats de température transitoire 3D peuvent être exportés vers un outil FEA mécanique. Alternativement, les ingénieurs travaillant dans l'environnement CAO peuvent bénéficier d'un CFD thermique intégré à la CAO et d'une analyse des contraintes thermo-mécaniques pour raccourcir le temps d'analyse global.

Explorez trois flux de travail pour la simulation de refroidissement électronique CFD et l'analyse des contraintes thermo-mécaniques de l'électronique FEA dans ce webinaire à la demande.