Simulación de refrigeración de componentes electrónicos

Para los OEMs de equipos originales de semiconductores es crucial comprender la influencia de la estructura del paquete en la fiabilidad del comportamiento térmico, sobre todo con el aumento de la densidad de potencia y la complejidad en el desarrollo de paquetes modernos. Retos como los que plantea el desarrollo de complejos sistemas en chip (SoC) y circuitos integrados (3D-IC) exigen que el diseño térmico forme parte integrante del desarrollo del paquete. La capacidad de respaldar la cadena de suministro con modelos térmicos y asesoramiento de modelado que vaya más allá de los valores de la hoja de datos tiene un valor diferencial en el mercado.

Para los fabricantes de electrónica que integran circuitos integrados empaquetados en productos, es importante predecir con exactitud la temperatura de unión de un componente en una placa de circuito impreso (PCB) dentro de un entorno a nivel de sistema destinado a desarrollar diseños de gestión térmica adecuados que sean rentables. Las herramientas de software de simulación de refrigeración de componentes electrónicos proporcionan dicha información. Es preferible que los ingenieros térmicos dispongan de opciones para modelar la fidelidad de los paquetes de circuitos integrados que se adapten a las distintas fases de diseño y a la disponibilidad de información. Para obtener la máxima precisión en el modelado de componentes críticos en escenarios transitorios, un modelo térmico se calibra con datos de medición transitoria de la temperatura de unión.

Explorar simulación térmica de paquetes

• Flujo de trabajo de desarrollo térmico de paquetes semiconductores de alta densidad: ver webinar
• Modelado térmico de paquetes para la simulación de la refrigeración de componentes electrónicos: ver la presentación a la carta

Modela el rendimiento térmico de PCB multicapa complejas y dispositivos montados para predecir con precisión la temperatura de unión de los componentes. Comprender la influencia térmica de la placa requiere el nivel conveniente de precisión, adecuado a la información disponible en cada etapa de desarrollo.

Dentro del diseño térmico de la electrónica, las opciones de fidelidad del modelado térmico de PCB, desde tipos sencillos y conductividad térmica en cada capa, hasta el modelado explícito del seguimiento de cobre, se adaptan a diferentes fases de desarrollo. Esto incluye desde la exploración de la colocación de componentes hasta la verificación del rendimiento térmico de una placa totalmente enrutada. Uno de los enfoques más recientes del análisis térmico de PCB consiste en modelar toda la placa como un ensamble de red, lo que resulta eficiente desde el punto de vista de los cálculos sin que vaya en detrimento de la precisión.

La conectividad del flujo de trabajo de diseño electrónico y la posibilidad de importar información de la placa desde los principales formatos de archivo de software EDA, así como de actualizar los modelos con nueva información, es clave para la eficacia de los procesos de análisis térmico. Existen claras ventajas en las herramientas que permiten a los ingenieros procesar fácilmente los datos de los archivos ECAD que contienen el diseño de la placa, los detalles de enrutamiento y la información de los componentes para acelerar la creación de modelos térmicos junto con métodos para implementar la información de potencia en el análisis térmico.

Ver el webinar: Simulación térmica y termomecánica de PCB multicapa

Para lograr la máxima precisión en el análisis térmico de PCB, incluido el calentamiento por julios del seguimiento de cobre de PCB, resulta ventajoso colaborar con ingenieros electrónicos que trabajen en la simulación de la integridad de la señal y la potencia de PCB. La simulación conjunta entre el software de refrigeración de componentes electrónicos 3D y el software de simulación de integridad de potencia EDA representa con precisión la disipación de potencia del seguimiento de cobre de la placa teniendo en cuenta los cambios de resistencia eléctrica con la temperatura. Explora las razones de la simulación conjunta electrotérmica de PCB en este vídeo.

Las carcasas de componentes electrónicos deben albergar conjuntos de PCB, componentes, fuentes de alimentación, conectores, sensores y mucho más. También debe proporcionar suficiente flujo de aire de refrigeración o transferencia de calor por conducción al entorno para asegurar un rendimiento fiable del producto. Tanto si diseñas una carcasa industrial refrigerada por convección forzada, una carcasa sellada de aviónica como el último producto electrónico de consumo de factor de forma delgado, estas herramientas de análisis térmico CFD en 3D permiten explorar rápidamente distintas soluciones de refrigeración. Las herramientas que pueden manejar la geometría MCAD con facilidad o directamente para la simulación de CFD son ventajosas de manera que tengas que centrarte menos en los pasos de preprocesamiento y más en los resultados del modelado térmico del sistema de carcasas y la optimización de su diseño.

Descarga la guía completa de gestión térmica de carcasa para obtener consejos de diseño.

La refrigeración del centro de datos para un funcionamiento fiable es crucial para evitar interrupciones. La refrigeración de los centros de datos de todo el mundo representa una proporción significativa del consumo de energía si no se tienen en cuenta los costes de funcionamiento de cada centro. Por lo tanto, un diseño eficiente de la refrigeración es de gran importancia para un funcionamiento satisfactorio y sostenible. La simulación de CFD permite predecir el flujo de aire y la transferencia de calor en centros de datos y grandes sistemas complejos similares. Puedes asegurarte de que los servidores, bastidores y componentes críticos se mantienen dentro de los límites de temperatura requeridos y desarrollar la estrategia de refrigeración más eficiente.

Lee ahora el white paper sobre 11 consejos clave para una refrigeración eficiente del centro de datos.

La refrigeración líquida ofrece ventajas para asegurar una refrigeración eficaz y eficiente de aplicaciones electrónicas en las que existen elevados requisitos de disipación de calor por motivos de funcionamiento y fiabilidad. Desde la minimización de la caída de presión de la placa fría personalizada en aplicaciones de electrónica de potencia hasta la ayuda al diseño térmico en el ámbito de la creciente adopción de la refrigeración por inmersión de servidores, utiliza la simulación precisa de refrigeración de componentes electrónicos CFD en 3D y la dinámica de fluidos 1D para optimizar tu diseño de refrigeración líquida.

Ve el vídeo (derecha) sobre las ventajas de la refrigeración líquida de servidores edge de Iceotope Technologies.

Ver presentación a la carta: gestión térmica de hardware de IA: Enfriamiento líquido con máquinas de aprendizaje profundo de Electronic Cooling Solutions Inc.

La mayor precisión del análisis térmico ayuda a cumplir los requisitos de diseño cada vez más exigentes en el desarrollo de la electrónica moderna. Calibrar un modelo térmico con datos de mediciones térmicas transitorias puede ayudarte a conseguir la máxima precisión en la simulación térmica. La calibración automática del modelo térmico elimina la necesidad de realizar pasos de calibración manual que requieren mucho tiempo y que consisten en introducir cambios graduales en los atributos del modelo térmico. El uso de un modelo térmico calibrado permite abordar los riesgos de un diseño insuficiente para asegurar la fiabilidad mediante el modelado preciso de escenarios de perfil de misión para verificar el rendimiento. Al mismo tiempo, con una mayor confianza en la precisión, los ingenieros pueden abordar posibles áreas de sobrediseño para reducir los costes del producto.

Para obtener una visión general de los métodos de ensayo de transitorios térmicos y la calibración de modelos de simulación
Ver presentación a la carta: Caracterización térmica de paquetes de semiconductores: métricas térmicas, fiabilidad y calidad

Los modelos de pedidos reducidos independientes de las condiciones de contorno (BCI-ROM) ofrecen ventajas para el análisis térmico transitorio rápido de pedidos de componentes electrónicos que son más rápidas que la CFD en 3D completa, al tiempo que mantiene la precisión. Se genera automáticamente un BCI-ROM a partir de un análisis de conducción en 3D que mantiene la precisión predictiva pero que puede ofrecer soluciones 40 000 veces más deprisa en casos demostrados. El hecho de que los modelos de pedidos reducidos sean independientes de las condiciones de contorno es muy valioso, ya que pueden utilizarse en cualquier entorno térmico. Los BCI-ROM pueden generarse en distintos formatos para permitir la resolución rápida autónoma en formato matricial, incorporarse a la simulación de circuitos para herramientas de análisis electrotérmico (formato VHDL-AMS) o utilizarse en el modelado de herramientas de simulación de sistemas 1D (formato FMU).

Ver el blog: El futuro del diseño térmico: análisis electrotérmico previo

Ver el vídeo a la carta: Acelera el diseño de sistemas electrónicos con la simulación eléctrica con conciencia térmica (con la opinión de un ponente invitado de ROHM Semiconductor)

El diseño térmico para la fiabilidad de los productos electrónicos se beneficia de la predicción precisa de temperaturas, gradientes y variaciones transitorias cíclicas que pueden utilizarse posteriormente en el análisis de tensiones termomecánicas. El análisis termomecánico se usa para investigar modos de fallo, áreas potenciales de riesgo de degradación y perspectivas de durabilidad y vida útil.

Los flujos de trabajo de evaluación de tensiones termomecánicas de CFD a análisis de elementos finitos (FEA) pueden adoptar varias formas. Un analista térmico especializado puede realizar el análisis CFD en un software de refrigeración de componentes electrónicos y los resultados de temperatura transitoria 3D pueden exportarse a una herramienta de análisis de elementos finitos mecánicos. Alternativamente, los ingenieros que trabajan en el entorno CAD pueden beneficiarse de una combinación de CFD térmica integrada en CAD y análisis de tensiones termomecánicas para acortar el tiempo total de análisis.

Explora tres flujos de trabajo para la simulación de CFD de refrigeración de componentes electrónicos y el análisis FEA de tensiones termomecánicas de componentes electrónicos en este webinar a la carta.