嵌入式BCI-ROM技术:应用于三维CFD电子冷却仿真的降阶热模型(下)

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    在生成嵌入式BCI-ROM之前,如何轻松创建详细热模型?

    Simcenter Flotherm封装模型生成器(Package Creator)是Simcenter Flotherm XT中的一个工具,它帮助工程师轻松创建准确的详细的、基于三维CAD的电子芯片封装热模型,可以直接用于PCB板和系统级电子冷却仿真。工程师现在可以使用封装模型生成器从常用的封装系列中创建详细的模型几何形状,然后将其直接导出到Simcenter Flotherm,作为基础导出嵌入式BCI-ROM。以下视频包括上个视频用到的Flip Chip BGA处理器封装的创建过程。

     

     

    注:Package Creator可在Simcenter Flotherm XT中使用。Flexx许可证可用于访问Simcenter Flotherm或Simcenter Flotherm XT。

     

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    将嵌入式BCI-ROM的准确性与双热阻(2R)、DELPHI和详细热模型进行比较

    上面我总结了嵌入式BCI-ROM相对于标准紧凑热模型和详细热模型的差异和主要优势,列出了一个表格,涉及4个标准。为了说明稳态下的准确性,作者对三个不同系统模型进行了分析。每个模型中的多个IC封装最初就是使用详细模型建模的,然后对使用双热阻(2R)、DELPHI和嵌入式BCI-ROM模型进行建模的IC封装进行了相同的稳态仿真。下表通过比较相对于详细热模型结果的最大误差变化,评估模型的准确性。

     

    嵌入式BCI-ROM技术:应用于三维CFD电子冷却仿真的降阶热模型(下)

     

    根据表格,可以看到相对于详细热模型的结果,嵌入式BCI-ROM的误差明显低于5%,提供了可以与标准DELPHI模型方法相媲美甚至更好的精度水平。嵌入式BCI-ROM支持多个热源和瞬态模拟选项,是DELPHI方法的显著升级。

     

    进一步比较详细热模型和嵌入式BCI-ROM的稳态仿真,让我们考虑一个水平安装在封装外壳中的PCB模型。FCBGA处理器上有一个散热器,冷却仅通过自然对流实现。

     

    嵌入式BCI-ROM技术:应用于三维CFD电子冷却仿真的降阶热模型(下)

     

    以下是同一PCB的平面图,展示了PCB板的顶部和底部。从表面温度和结温曲线的可视化对比结果来看,封装器件的仿真精度非常接近,差异极小。从元件封装模型的准确度比较图来看,最大差异为异常值的2.5%,平均值为

     

    嵌入式BCI-ROM技术:应用于三维CFD电子冷却仿真的降阶热模型(下)

     

    在将嵌入式BCI-ROM与详细热模型进行比较时,对比了超过140个详细热模型,大多数(96%)组件的结温结果在详细组件结果的5%的误差范围内。在许多情况下,相较于详细模型与DELPHI模型的对比,嵌入式BCI-ROM表现相当,甚至更好。

     

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    嵌入式BCI-ROM的瞬态热分析比较

    瞬态热仿真越来越成为验证设计热性能和可靠性的要求,模拟产品在使用过程中的特定操作功率模式和条件。

     

    在封装示例中使用相同的电路板,设置了一个瞬态仿真案例。将瞬态功率曲线应用于几个元件。对两组元件进行研究,分别为处理器(称为FCBGA)和(称为U3)。其中一个版本使用详细模型进行仿真,另一个使用嵌入式BCI-ROM。

     

    以下是两个模型中的元件的温度结果,对详细热模型和嵌入式BCI-ROM进行了比较:

     

    嵌入式BCI-ROM技术:应用于三维CFD电子冷却仿真的降阶热模型(下)

     

    嵌入式BCI-ROM结果的差异非常小,提供了很理想的瞬态温度预测结果,同时对封装内部的几何形状完全保密。

     

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    嵌入式BCI-ROM热建模其他应用示例有哪些?

    嵌入式BCI-ROM技术:应用于三维CFD电子冷却仿真的降阶热模型(下)高密度先进封装(HDAP)

     

    嵌入式BCI-ROM技术:应用于三维CFD电子冷却仿真的降阶热模型(下)

    芯粒

     

    嵌入式BCI-ROM技术:应用于三维CFD电子冷却仿真的降阶热模型(下)

    功率器件-IGBT

     

    本文中提到了一些封装建模应用,以说明嵌入式BCI-ROM建模的广泛应用范围。无论您是在半导体公司工作还是从事热设计,需要将封装集成到电子产品中,如果您对其适用性有疑问,请与我们联系。

     

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    客户对于嵌入式BCI-ROM技术有何评价?

    “嵌入式BCI-ROM是与客户分享我们的热模型的绝佳方式。它具有几个关键特点:易于生成、保密性好、误差率低,并且适用于稳态和瞬态应用。”

     

    – Jimmy Lin,技术经理,联发科技股份有限公司

     

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    建模的关键考虑因素是什么?在哪里可以找到更多指导?

    对用户来说,阅读有关创建和使用嵌入式BCI-ROM的指南文件,可以确保准确性和稳定性。您可以在西门子支持中心下载验证文件和最佳实践指南。

     

    如果您目前未使用Simcenter Flotherm,或者尚未获得BCI-ROM模块的访问权限,请联系上海坤道,以便就您的使用情况提供支持。

     

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    还有哪些其他类型的独立于边界条件的降阶模型(BCI-ROM)?

    在Simcenter Flotherm的嵌入式BCI-ROM中加入了其他类型的BCI-ROM,以支持在不同的建模环境中利用其独立于边界条件的特性进行快速、准确的热建模。这些其他BCI-ROM支持在独立的电路仿真、一维系统建模软件工具或独立矩阵解决方案中进行电热建模。

     

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    请注意:截至Simcenter Flotherm 2310版本,Simcenter Flotherm目前是唯一支持生成和使用嵌入式BCI-ROM模型的工具。有其他BCI-ROM格式,包括矩阵、电路模拟和系统模拟等,都可以从Simcenter Flotherm、Simcenter FLOEFD和Simcenter Flotherm XT中生成。

     

    上海坤道作为西门子数字化工业软件的金牌和专家合作伙伴,多年来专注于热仿真热测试领域,提供三维CFD仿真、系统仿真和热测试等产品和技术支持,帮助客户开发热数字孪生模型,以确保产品热性能可靠性,并实现最低成本、加快产品上市的目标。

     

     

    References:

     

    L Codecasa, V d’Alessandro, A Magnani, N Rinaldi, PJ Zampardi, “Fast novel thermal analysis simulation tool for integrated circuits (FANTASTIC)”, 20th International Workshop on Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC) article 6972507 United Kingdom, 2014.

    嵌入式BCI-ROM技术:应用于三维CFD电子冷却仿真的降阶热模型(下)

    关于坤道

     

     

    上海坤道成立于2009年,前身为英国Flomerics公司中国代表处,后成为Mentor Graphics公司(现西门子工业软件旗下)代理商。一直以来,坤道专注于热仿真和热测试领域,为电子半导体、汽车、航天航空等行业提供Simcenter FloEFD/Flotherm Flexx/Flomaster等流体传热仿真软件解决方案和Simcenter T3STER热阻测试、Simcenter POWERTESTER功率循环测试、SanjSCOPETM 反射率热成像系统等硬件解决方案,具备资深专业、经验丰富的技术团队提供产品销售、项目咨询、夹具定制和技术培训等服务。目前,坤道公司已为400多家企业与机构提供热仿真&热测试解决方案和应用实践落地。如果您对热仿真及热测试解决方案感兴趣,请与我们联系。

     

     

     

     

     

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