Simulace chlazení elektroniky

Pro výrobce OEM polovodičů je zásadní pochopit vliv struktury obalu na spolehlivost tepelného chování, zejména s rostoucí hustotou výkonu a složitostí při vývoji moderních obalů. Výzvy, jako jsou ty, které se týkají vývoje komplexních systémů na čipu (SoC) a 3D integrovaných obvodů, znamenají, že tepelný návrh musí být nedílnou součástí vývoje obalů. Schopnost podporovat následný dodavatelský řetězec pomocí tepelných modelů a modelování, které přesahují hodnoty uvedené v datovém listu, má na trhu významnou hodnotu.

Pro výrobce elektroniky, kteří integrují obaly integrovaných obvodů do výrobků, je důležité umět přesně předpovědět teplotu spoje součástky na desce s plošnými spoji (PCB) v prostředí na úrovni systému, aby bylo možné vyvinout vhodné návrhy tepelné správy, které jsou nákladově efektivní. Simulační softwarové nástroje pro chlazení elektroniky tento přehled poskytují. Pro tepelné inženýry je žádoucí, aby měli k dispozici možnosti věrného modelování obalů integrovaných obvodů, které by vyhovovaly různým fázím návrhu a dostupnosti informací. Pro co nejpřesnější modelování důležitých součástí v přechodových scénářích je třeba použít tepelný model kalibrovaný pomocí dat z měření přechodových teplot na spoji.

Prozkoumat tepelnou simulaci obalů

• Pracovní postup vývoje tepelných obalů polovodičů s vysokou hustotou – podívejte se na webinář
• Tepelné modelování obalů pro simulaci chlazení elektroniky – podívejte se na prezentaci v rámci webináře na vyžádání

Modelujte tepelný výkon složitých vícevrstvých desek s plošnými spoji a osazených zařízení pro přesnou předpověď teploty spojů komponent. Pochopení tepelného vlivu desky vyžaduje správnou úroveň přesnosti, která odpovídá dostupným informacím v každé fázi vývoje.

V rámci tepelného návrhu elektroniky jsou v různých fázích vývoje vhodné možnosti věrného tepelného modelování desek s plošnými spoji od jednoduchých typů, tepelné vodivosti v každé vrstvě až po explicitní modelování měděné stopy. To zahrnuje zkoumání rozmístění komponent až po ověření tepelného výkonu plně směrované desky. Mezi nejnovější přístupy k tepelné analýze desek s plošnými spoji patří modelování celé desky jako síťové sestavy, což je výpočetně efektivní, aniž by to bylo na úkor přesnosti.

Propojení pracovních postupů návrhu elektroniky a možnost importovat informace o deskách z předních formátů souborů softwaru EDA a také aktualizovat modely o nové informace je klíčovým faktorem pro efektivní procesy tepelné analýzy. Nástroje, které inženýrům umožňují snadno zpracovávat data ze souborů ECAD obsahující rozvržení desky, podrobnosti o směrování a informace o součástkách, mají zjevné výhody a urychlují tvorbu tepelného modelu spolu s metodami pro implementaci informací o napájení do tepelné analýzy.

Podívejte se na webinář – tepelná a tepelně-mechanická simulace vícevrstvých desek s plošnými spoji

Pro dosažení nejvyšší přesnosti tepelné analýzy PCB, včetně joulového ohřevu měděné stopy na deskách s plošnými spoji, je výhodné spolupracovat s elektrotechniky, kteří pracují na simulaci integrity signálu a napájení desek s plošnými spoji. Společná simulace mezi 3D softwarem pro chlazení elektroniky a softwarem pro simulaci integrity napájení EDA přesně reprezentuje rozptyl energie na měděné stopě desky s ohledem na změny elektrického odporu v závislosti na teplotě. Podrobnosti o tom, proč je nutné provádět elektro-tepelnou společnou simulaci desek s plošnými spoji, najdete v našem videu.

Do skříní pro elektroniku je zapotřebí umístit sestavy desek s plošnými spoji, součástky, zdroje napájení, konektory, senzory a mnoho dalšího. Musí také zajišťovat dostatečný průtok chladicího vzduchu nebo vodivý přenos tepla do okolního prostředí, aby byl zajištěn spolehlivý výkon výrobku. Ať už navrhujete průmyslovou skříň chlazenou nucenou konvekcí, utěsněnou skříň pro leteckou elektroniku nebo nejnovější výrobek spotřební elektroniky s tenkým tvarovým faktorem, tyto 3D nástroje pro tepelnou analýzu CFD umožňují rychlé prozkoumání různých řešení chlazení. Nástroje, které si snadno poradí s geometrií MCAD nebo přímo se simulací CFD, jsou přínosné, takže se můžete méně soustředit na kroky předběžného zpracování a více na výsledky tepelného modelování na úrovni systému skříně a optimalizaci návrhu.

Stáhněte si kompletního průvodce tepelnou správou skříní, kde najdete tipy pro návrh.

Chlazení datového centra pro spolehlivý provoz je klíčové, aby nedocházelo k výpadkům. Chlazení datových center představuje celosvětově významný podíl na spotřebě energie, kromě nákladů na provoz jednotlivých umístění, takže efektivní návrh chlazení má pro úspěšný a udržitelný provoz velký význam. Pomocí simulace CFD můžete předpovídat proudění vzduchu a přenos tepla v datových centrech a podobných velkých komplexních systémech. Můžete zajistit, aby servery, regály a důležité komponenty zůstaly v požadovaných teplotních limitech, a vytvořit co nejefektivnější strategii chlazení.

Přečtěte si náš technický dokument na téma 11 důležitých tipů pro efektivní chlazení datových center.

Kapalinové chlazení nabízí výhody pro efektivní a účinné chlazení elektronických prvků, kde jsou vysoké požadavky na odvod tepla z důvodu provozu a spolehlivosti. Od minimalizace vlastních tlakových ztrát studených desek v prvcích výkonové elektroniky až po pomoc s tepelným návrhem v oblasti rostoucího rozšíření ponorného chlazení serverů – použijte přesnou 3D CFD simulaci chlazení elektroniky a 1D dynamiku kapalin k optimalizaci návrhu kapalinového chlazení.

Podívejte se na video (vpravo) o výhodách kapalinového chlazení okrajových serverů od společnosti Iceotope Technologies.

Projděte si prezentaci na vyžádání – tepelná správa hardwaru s umělou inteligencí: Poznatky o strojovém kapalinovém chlazení s hlubokým učením od společnosti Electronic Cooling Solutions Inc

Zvýšená přesnost tepelné analýzy pomáhá splnit stále náročnější požadavky na návrh při vývoji moderní elektroniky. Kalibrace tepelného modelu pomocí dat z měření přechodných teplot vám pomůže dosáhnout nejvyšší přesnosti tepelné simulace. Automatická kalibrace tepelného modelu překonává potřebu časově náročných ručních kalibračních kroků, při kterých se provádějí postupné změny atributů tepelného modelu. Použití kalibrovaného tepelného modelu znamená, že je možné řešit rizika nedostatečného návrhu, aby se zajistila spolehlivost prostřednictvím přesného modelování scénářů profilu cílů pro ověření výkonnosti. Díky vyšší přesnosti mohou konstruktéři řešit potenciální oblasti předimenzovaného návrhu a snížit náklady na výrobek.

Přehled metod testování tepelných přechodových dějů a kalibrace simulačních modelů najdete v
prezentaci v rámci webináře na vyžádání: Tepelná charakterizace polovodičových obalů – tepelné metriky, spolehlivost a kvalita

Technologie BCI-ROM (Boundary Condition Independent Reduced Order Model) nabízí výhody pro rychlou přechodovou tepelnou analýzu elektroniky řádově rychlejší než plné 3D CFD při zachování přesnosti. Prvky BCI-ROM se automaticky generují z 3D analýzy vedení, která zachovává přesnost predikce, ale v demonstrovaných případech dokáže řešit více než 40 000krát rychleji. Aspekt „nezávislosti na okrajových podmínkách“ redukce řádu modelu je mimořádně cenný, protože umožňuje použití BCI-ROM v jakémkoli tepelném prostředí. Prvky BCI-ROM je možné generovat v různých formátech pro podporu samostatného rychlého řešení v maticovém formátu, začlenit je do simulace obvodů pro nástroje elektrotepelné analýzy (formát VHDL-AMS) nebo je použít v nástrojích pro modelování 1D simulací systémů (formát FMU).

Projděte si náš blog: Budoucnost tepelného navrhování – dřívější elektrotepelná analýza

Podívejte se na náš webinář na vyžádání: Urychlení návrhu elektrotechnických systémů pomocí elekrotechnické simulace s ohledem na teplotu (s přednáškou hostujícího řečníka společnosti ROHM Semiconductor)

Tepelný návrh pro spolehlivost elektronických výrobků těží z přesné předpovědi teplot, gradientů a cyklických přechodových změn, které je možné následně využít při analýze tepelně-mechanického namáhání. Tepelně-mechanická analýza se používá ke zkoumání způsobů poruch a potenciálních rizikových oblastí degradace a k získání poznatků o životním cyklu.

Pracovní postupy pro vyhodnocování tepelně-mechanického namáhání pomocí CFD k analýze konečných prvků (FEA) mohou mít několik podob. Analýzu CFD může provádět specializovaný tepelný analytik v softwaru pro elektronické chlazení a výsledky 3D přechodných teplot je možné exportovat do mechanického nástroje pro konečnou analýzu. Případně mohou inženýři pracující v prostředí CAD využít kombinovanou tepelnou analýzu CFD a analýzu tepelně-mechanického namáhání v prostředí CAD, aby zkrátili celkovou dobu analýzy.

V tomto webináři na vyžádánísi můžete projít tři pracovní postupy pro simulaci chlazení elektroniky CFD a tepelně-mechanickou analýzu namáhání elektroniky FEA.