Simulação de arrefecimento eletrónico

Para os OEMs de semicondutores é crucial compreender a influência da estrutura do pacote no comportamento térmico e fiabilidade, especialmente com o aumento da densidade de potência e complexidade no desenvolvimento de pacotes modernos. Desafios como os do desenvolvimento complexo de sistema em um chip (SoC) e 3D-IC (circuito integrado) significam que o design térmico deve ser parte integrante do desenvolvimento de pacotes. A capacidade de apoiar a cadeia de abastecimento em curso com modelos térmicos e conselhos de modelagem que vão além dos valores da folha de dados é de valor diferenciado no mercado.

Para fabricantes de eletrônicos que integram ICs embalados em produtos, é importante poder prever com precisão a temperatura de junção de um componente em uma placa de circuito impresso (PCB) dentro de um ambiente de nível de sistema para desenvolver projetos de gestão térmica apropriados que sejam rentáveis. As ferramentas de software de simulação de refrigeração eletrónica fornecem essa visão. É desejável que os engenheiros térmicos tenham opções disponíveis para modelar a fidelidade dos pacotes IC para se adequar a diferentes estágios de projeto e disponibilidade de informações. Para uma modelagem com a mais alta precisão de componentes críticos em cenários transitórios, é possível calibrar automaticamente os dados de medição transientes de temperatura de junção com as soluções Simcenter.

Explore a simulação térmica do pacote IC

• Fluxo de trabalho de desenvolvimento térmico de pacote de semicondutores de alta densidade — ver webinar

Modele o desempenho térmico de PCBs multicamadas complexos e dispositivos montados para prever com precisão a temperatura da junção do componente. Compreender a influência térmica da placa requer o nível certo de precisão, adequado às informações disponíveis em cada estágio de desenvolvimento.

No design térmico eletrónico, as opções para a fidelidade da modelagem térmica PCB, desde tipos simples, condutividade térmica em cada camada, até modelagem explícita do traço de cobre, são adequadas para diferentes estágios de desenvolvimento. Isso inclui desde a exploração da colocação de componentes até a verificação do desempenho térmico de uma placa totalmente roteada. Entre as abordagens mais recentes à análise térmica de PCB está a modelagem de uma placa inteira como conjunto de rede que é computacionalmente eficiente sem sacrificar a precisão.

A conectividade do fluxo de trabalho de design eletrónico e a capacidade de importar informações da placa dos principais formatos de ficheiros de software EDA e também atualizar modelos com novas informações, é um facilitador fundamental para processos de análise térmica eficientes. Existem vantagens claras nas ferramentas que permitem aos engenheiros processar facilmente dados de ficheiros ECAD contendo layout da placa, detalhes de encaminhamento e informações de componentes para acelerar a criação de modelos térmicos juntamente com métodos para implementar informações de energia na análise térmica.

Veja o webinar - simulação térmica e termomecânica de PCB multicamadas

Para alcançar a mais alta precisão na análise térmica de PCB, incluindo o aquecimento em joule do traço de cobre no PCB, é vantajoso colaborar com engenheiros eletrónicos que trabalham no sinal PCB e na simulação de integridade de energia. A co-simulação entre o software de arrefecimento eletrónico 3D e o software de simulação de integridade de energia EDA representa com precisão a dissipação de energia do traço de cobre da placa, responsável pelas mudanças de resistência elétrica com a temperatura. Explore as razões para a co-simulação eletrotérmica PCB neste vídeo.

Os compartimentos eletrónicos devem abrigar conjuntos de PCB, componentes, fontes de alimentação, conectores, sensores e muito mais. Também deve fornecer fluxo de ar de arrefecimento suficiente ou transferência de calor condutiva para o ambiente circundante para garantir um desempenho fiável do produto. Quer esteja a conceber um invólucro industrial arrefecido por convecção forçada, um compartimento aviónico selado ou o mais recente produto eletrónico de consumo de formato fino, estas ferramentas de análise térmica 3D CFD permitem uma exploração rápida de diferentes soluções de arrefecimento. As ferramentas que podem manipular a geometria MCAD facilmente ou diretamente para simulação de CFD são vantajosas para que se concentre menos nas etapas de pré-processamento e mais nos resultados da modelagem térmica no nível do sistema do compartimento e na otimização do seu design.

Descarregue o guia completo à gestão térmica do gabinete para obter dicas de design.

O arrefecimento do centro de dados para uma operação fiável é crucial para evitar interrupções no desempenho limitado. O arrefecimento do centro de dados em todo o mundo é uma proporção significativa de energia e isso deverá aumentar com a expansão da procura de processamento de IA, pelo que o design de arrefecimento eficiente é de grande importância para operações de centro de dados bem-sucedidas e sustentáveis. Usando a simulação CFD, pode prever o fluxo de ar e a transferência de calor em salas tradicionais de centros de dados e sistemas complexos grandes semelhantes. Pode garantir que os servidores, racks e componentes críticos permaneçam dentro dos limites de temperatura exigidos e desenvolver a estratégia de arrefecimento mais eficiente. O arrefecimento líquido está a ser cada vez mais adotado devido às vantagens da transferência de calor. Usando uma combinação de Simcenter 3D CFD e ferramentas de simulação de sistema 1D, pode avaliar placas frias diretas ao chip, sistemas de tubulação, permutadores de calor, CDU para todo o centro de dados e até mesmo enfrentar os desafios de modelagem térmica do sistema para a tecnologia emergente de refrigeração por imersão e selecionar soluções de arrefecimento bifásico.

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Ver um webinar sobre modelagem de sistemas: Reforçar a eficiência energética e a sustentabilidade dos centros de dados

O arrefecimento líquido oferece vantagens para um arrefecimento eficaz e eficiente de aplicações eletrónicas onde existem requisitos elevados de dissipação de calor para fins de operação e fiabilidade. Desde minimizar a queda de pressão de placas frias personalizadas em aplicações de eletrónica de potência até auxiliar o design térmico na área da crescente adoção de refrigeração por imersão de servidores, use simulação de refrigeração eletrônica 3D CFD precisa e dinâmica de fluidos 1D para otimizar o seu design refrigerado a líquido.

Veja o vídeo (à direita) sobre as vantagens do arrefecimento líquido do servidor de borda, informações da Iceotope Technologies.

Ver apresentação a pedido - Gestão térmica de hardware de IA: informações sobre refrigeração líquida de máquina de aprendizagem profunda da Electronic Cooling Solutions Inc

A maior precisão da análise térmica ajuda a satisfazer os requisitos de design cada vez mais exigentes no desenvolvimento da electrónica moderna. Calibrar um modelo térmico com dados de medição térmica transitórios pode ajudá-lo a alcançar a mais alta precisão na simulação térmica. A calibração automática do modelo térmico supera a necessidade de etapas de calibração manual proibitivamente demoradas para fazer alterações incrementais nos atributos do modelo térmico. A utilização de um modelo térmico calibrado significa que os riscos de subconcepção podem ser abordados para garantir a fiabilidade através de modelagem precisa de cenários de perfil de missão para verificar o desempenho. Ao mesmo tempo, com maior confiança na precisão, os engenheiros podem abordar áreas potenciais de excesso de design para reduzir os custos do produto.

Para uma visão geral dos métodos de teste de transientes térmicos e calibração do modelo de simulação

ver a apresentação a pedido: Caracterização térmica do pacote de semicondutores — métricas térmicas, fiabilidade à qualidade

A tecnologia do modelo de ordem reduzida independente da condição de contorno (BCI-ROM) oferece vantagens para a análise térmica transitória rápida de ordens eletrónicas de magnitude mais rápidas do que o CFD 3D completo, preservando a precisão. Um BCI-ROM é gerado automaticamente a partir de uma análise de condução 3D que mantém a precisão preditiva mas pode resolver 40.000 vezes mais rápido em casos demonstrados. O aspecto “independente da condição de limite” dos modelos de pedido reduzido é extremamente valioso, pois podem ser usados em qualquer ambiente térmico. As BCI-ROMs podem ser geradas em diferentes formatos para suportar a resolução rápida autónoma em formato de matriz, incorporadas na simulação de circuito para ferramentas de análise eletrotérmica (formato VHDL-AMS) ou utilizadas na modelagem de ferramentas de simulação de sistema 1D (formato FMU).

Ver o blog: O futuro do design térmico — análise eletrotérmica anterior

Veja o on-demand: Acelere o projeto de sistemas eletrónicos com simulação elétrica termicamente consciente (Apresentando informações de um orador convidado da ROHM Semiconductor)

O design térmico para a fiabilidade dos produtos eletrónicos beneficia de uma previsão precisa de temperaturas, gradientes e variações transientes cíclicas que podem ser posteriormente utilizadas na análise de tensão termomecânica. A análise termomecânica é usada para investigar modos de falha, áreas potenciais de risco de degradação, para insights de durabilidade e vida útil.

Os fluxos de trabalho de avaliação de stress termo-mecânico de CFD para análise de elementos finitos (FEA) podem assumir várias formas. A análise de CFD pode ser realizada por um analista térmico dedicado num software de arrefecimento eletrónico e os resultados de temperatura transiente 3D podem ser exportados para uma ferramenta mecânica FEA. Alternativamente, os engenheiros que trabalham no ambiente CAD podem beneficiar de uma combinação de CFD térmico incorporado em CAD e análise de tensão termomecânica para encurtar o tempo geral de análise.

Explore três fluxos de trabalho para eletrónica CFD, simulação de arrefecimento e análise de tensão termomecânica electrónica FEA neste webinar a pedido.