Simulation de refroidissement des composants électroniques

Pour les OEM de semi-conducteurs, il est crucial de comprendre l'influence de la structure des boîtiers sur le comportement thermique et la fiabilité, en particulier compte tenu de l'augmentation de la densité de puissance et de la complexité liées au développement de boîtiers modernes. Les défis tels que ceux liés au développement de systèmes complexes sur puce (SoC) et de circuits intégrés 3D impliquent que la conception thermique doit faire partie intégrante du développement des boîtiers. La capacité à soutenir l'évolution de la chaîne d'approvisionnement grâce à des modèles thermiques et à des conseils de modélisation qui vont au-delà des valeurs des fiches techniques a une valeur différenciée sur le marché.

Pour les fabricants de produits électroniques qui intègrent des circuits intégrés intégrés à leurs produits, il est important de pouvoir prévoir 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 modèles de gestion thermique appropriés et rentables. Les outils logiciels de simulation du refroidissement des appareils électroniques fournissent ces informations. Il est souhaitable que les ingénieurs thermiques disposent d'options pour modéliser la fidélité des boîtiers de circuits intégrés, en fonction des différentes étapes de conception et de la disponibilité des informations. Pour modéliser avec la plus grande précision les composants critiques dans des scénarios transitoires, un modèle thermique détaillé est possible pour calibrer automatiquement les données de mesure des transitoires de température à la jonction avec les solutions Simcenter.

Découvrez la simulation thermique des boîtiers de circuits intégrés

• Workflow de développement thermique des boîtiers à semi-conducteurs haute densité — regarder le webinaire

Modélisez les performances thermiques de circuits imprimés multicouches complexes et de dispositifs montés afin de prévoir avec précision la température de jonction des composants. Comprendre l'influence thermique des planches nécessite le bon niveau de précision, en fonction des informations disponibles à chaque stade de développement.

En matière de conception thermique électronique, les options de fidélité de la modélisation thermique des PCB, qu'il s'agisse de types simples, de conductivité thermique dans chaque couche ou de modélisation explicite de la trace de cuivre, sont adaptées aux différents stades de développement. Cela inclut l'exploration du placement des composants ou la vérification des performances thermiques d'une carte entièrement routée. L'une des approches les plus récentes en matière d'analyse thermique des PCB consiste à modéliser une carte entière sous forme d'assemblage réseau, ce qui est efficace sur le plan informatique sans pour autant sacrifier la précision.

La connectivité du flux de conception électronique et la possibilité d'importer des informations sur les cartes à partir des principaux formats de fichiers logiciels EDA et de mettre à jour les modèles avec de nouvelles informations sont essentielles à l'efficacité des processus d'analyse thermique. Les outils qui permettent aux ingénieurs de traiter facilement les données des fichiers ECAD contenant la disposition des cartes, les détails de routage et les informations sur les composants présentent des avantages évidents, afin d'accélérer la création de modèles thermiques, ainsi que des méthodes visant à intégrer les informations sur l'alimentation dans les analyses thermiques.

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Pour obtenir la plus grande précision en matière d'analyse thermique des PCB, y compris le chauffage par effet joule de la trace de cuivre sur le PCB, il est avantageux de collaborer avec des ingénieurs en électronique qui travaillent sur la simulation de l'intégrité du signal et de l'alimentation des PCB. La co-simulation entre le logiciel de refroidissement électronique 3D et le logiciel de simulation de l'intégrité de l'alimentation EDA représente avec précision la dissipation de puissance par traces de cuivre des cartes en tenant compte des variations de résistance électrique en fonction de la température. Découvrez les raisons de la co-simulation électrothermique des 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 débit d'air de refroidissement suffisant ou un transfert de chaleur par conduction vers l'environnement ambiant afin de garantir des performances fiables du produit. Que vous conceviez un boîtier industriel refroidi par convection forcée, un boîtier avionique étanche ou le dernier produit électronique grand public compact, ces outils d'analyse thermique CFD 3D permettent d'explorer rapidement différentes solutions de refroidissement. Les outils capables de gérer la géométrie MCAD facilement ou directement pour la simulation CFD sont avantageux, car vous pouvez vous concentrer moins sur les étapes de prétraitement et sur les résultats de la modélisation thermique au niveau du système du boîtier et sur l'optimisation de votre conception.

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Le refroidissement du Data center est crucial pour garantir un fonctionnement fiable afin d'éviter les pannes dues à des performances limitées. Le refroidissement des data centers du monde entier représente une part importante de l'énergie et ce chiffre devrait augmenter avec l'augmentation de la demande en matière de traitement par IA. Une conception de refroidissement efficace est donc très importante pour le succès et la durabilité des opérations des data centers. À l'aide de la simulation CFD, vous pouvez prédire le flux d'air et le transfert de chaleur dans les salles des centres de données traditionnels et les grands systèmes complexes similaires. Vous pouvez vous assurer que les serveurs, les baies 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. À l'aide d'une combinaison de la CFD Simcenter 3D et des outils de simulation de systèmes 1D, vous pouvez évaluer les plaques froides directement sur puce, les systèmes de tuyauterie, les échangeurs de chaleur, les CDU de l'ensemble du datacenter et même relever les défis de modélisation thermique des systèmes liés à la technologie émergente de refroidissement par immersion et sélectionner des solutions de refroidissement biphasées.

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Le refroidissement liquide offre des avantages en termes de refroidissement efficace et efficient des applications électroniques soumises à des exigences de dissipation thermique élevées pour des raisons de fonctionnement et de fiabilité. Qu'il s'agisse de minimiser la chute de pression personnalisée de la plaque froide dans les applications d'électronique de puissance ou de faciliter la conception thermique dans le domaine de l'adoption croissante du refroidissement par immersion des serveurs, utilisez une simulation précise du refroidissement électronique CFD en 3D et la dynamique des fluides 1D pour optimiser votre conception à refroidissement liquide.

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

Voir la présentation à la demande - Gestion thermique du matériel basé sur l'IA : informations sur le refroidissement liquide automatique par apprentissage approfondi fournies par Electronic Cooling Solutions Inc

L'amélioration de la précision de l'analyse thermique permet de répondre aux exigences de conception de plus en plus strictes en matière de développement électronique moderne. L'étalonnage d'un modèle thermique à l'aide de données de mesures thermiques transitoires peut vous aider à obtenir la plus grande précision en matière de simulation thermique. L'étalonnage automatique du modèle thermique permet de surmonter la nécessité de recourir à des étapes d'étalonnage manuel fastidieuses pour apporter des modifications progressives aux attributs du modèle thermique. L'utilisation d'un modèle thermique calibré permet de gérer les risques de sous-conception afin de garantir la fiabilité grâce à une modélisation précise des scénarios de profil de mission afin de vérifier les performances. Dans le même temps, avec une plus grande confiance dans la précision, les ingénieurs peuvent aborder les domaines potentiels de conception excessive afin de réduire les coûts des produits.

Pour un aperçu des méthodes de test des transitoires thermiques et de l'étalonnage des modèles de simulation

regardez la présentation à la demande: Caractérisation thermique des boîtiers semi-conducteurs : mesures thermiques, fiabilité/qualité

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

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

Regardez la vidéo à la demande: Accélérez la conception de systèmes électroniques grâce à une simulation électrique sensible à la chaleur (Avec le point de vue d'un conférencier invité de ROHM Semiconductor)

La conception thermique pour la fiabilité des produits électroniques bénéficie d'une prévision précise des températures, des gradients et des variations transitoires cycliques, qui peuvent ensuite être utilisées pour l'analyse des contraintes thermomécaniques. L'analyse thermomécanique est utilisée pour étudier les modes de défaillance, les domaines potentiels de risque de dégradation, ainsi que pour obtenir des informations sur la durabilité et la durée de vie.

Les flux de travail d'évaluation des contraintes thermomécaniques de la CFD à l'analyse par 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 des températures transitoires 3D peuvent être exportés vers un outil mécanique par éléments finis. Les ingénieurs travaillant dans un environnement de CAO peuvent également bénéficier d'une CFD thermique intégrée à la CAO combinée à une analyse des contraintes thermomécaniques afin de raccourcir le temps d'analyse global.

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