Simulazione del raffreddamento dell'elettronica

Per gli OEM di semiconduttori è fondamentale comprendere l'influenza della struttura del pacchetto sull'affidabilità del comportamento termico, soprattutto con l'aumento della densità di potenza e della complessità nello sviluppo dei pacchetti moderni. Sfide come quelle dello sviluppo complesso di system-on-a-chip (SoC) e 3D-IC (circuito integrato) significano che la progettazione termica deve essere parte integrante dello sviluppo dei pacchetti. La capacità di supportare la supply chain successiva con modelli termici e consigli di modellazione che vanno oltre i valori delle schede tecniche ha un valore differenziato sul mercato.

Per i produttori di elettronica che integrano circuiti integrati nei prodotti, è importante essere in grado di prevedere con precisione la temperatura di giunzione di un componente su una scheda a circuito stampato (PCB) all'interno di un ambiente a livello di sistema per sviluppare progetti di gestione termica appropriati che siano economicamente vantaggiosi. Gli strumenti software di simulazione del raffreddamento elettronico forniscono questi insight. È auspicabile che gli ingegneri termici dispongano di opzioni per la modellazione della fedeltà dei pacchetti IC per adattarsi alle diverse fasi di progettazione e alla disponibilità di informazioni. Per una modellazione di massima precisione dei componenti critici in scenari transitori, è necessario un modello termico calibrato con i dati di misura della temperatura di giunzione in transitorio.

Esplora la simulazione termica dei pacchetti

• Flusso di lavoro per lo sviluppo termico di pacchetti di semiconduttori ad alta densità: guarda il webinar
• Modellazione termica dei pacchetti per la simulazione del raffreddamento dell’elettronica: guarda la presentazione on-demand

Modella le prestazioni termiche di PCB multistrato complessi e dispositivi montati per prevedere con precisione la temperatura di giunzione dei componenti. Comprendere l'influenza termica della scheda richiede il giusto livello di precisione, adatto alle informazioni disponibili in ogni fase dello sviluppo.

Nell'ambito della progettazione termica dell'elettronica, le opzioni per la fedeltà della modellazione termica dei circuiti stampati, dai tipi semplici, alla conduttività termica in ogni strato, alla modellazione esplicita della traccia di rame, sono adatte a diversi stadi di sviluppo. Ciò include l'esplorazione del posizionamento dei componenti alla verifica delle prestazioni termiche di una scheda completamente instradata. Tra gli approcci più recenti all'analisi termica dei PCB c'è quello di modellare un'intera scheda come un assemblaggio di rete, che è efficiente dal punto di vista computazionale senza sacrificare la precisione.

La connettività del flusso di lavoro di progettazione elettronica e la possibilità di importare informazioni sulla scheda dai principali formati di file software EDA e anche di aggiornare i modelli con nuove informazioni, è un fattore chiave per processi di analisi termica efficienti. Gli strumenti che consentono agli ingegneri di elaborare facilmente i dati dei file ECAD contenenti il layout della scheda, i dettagli di routing e le informazioni sui componenti per accelerare la creazione di modelli termici presentano evidenti vantaggi, così come i metodi per implementare le informazioni sulla potenza nell'analisi termica.

Guarda il webinar: Simulazione termica e termomeccanica PCB multistrato

Per ottenere la massima precisione nell'analisi termica dei PCB, compreso il riscaldamento joule delle tracce di rame sul PCB, è vantaggioso collaborare con gli ingegneri elettronici che lavorano alla simulazione del segnale e dell'integrità di potenza dei PCB. La co-simulazione tra il software di raffreddamento dell'elettronica 3D e il software di simulazione dell'integrità dell'alimentazione EDA rappresenta accuratamente la dissipazione di potenza della traccia di rame della scheda che tiene conto delle variazioni di resistenza elettrica con la temperatura. Esplora le motivazioni per la co-simulazione elettrotermica dei PCB in questo video.

Gli involucri per l'elettronica devono ospitare gruppi di circuiti stampati, componenti, alimentatori, connettori, sensori e molto altro. Devono inoltre fornire un flusso d'aria di raffreddamento o un trasferimento di calore conduttivo sufficiente all'ambiente circostante per garantire prestazioni affidabili del prodotto. Che si tratti della progettazione di un involucro industriale raffreddato a convezione forzata, di un involucro avionico sigillato o del più recente prodotto elettronico di consumo a fattore di forma sottile, questi strumenti di analisi termica CFD 3D consentono di esplorare rapidamente diverse soluzioni di raffreddamento. Gli strumenti che possono gestire facilmente la geometria MCAD o direttamente la simulazione CFD sono vantaggiosi, in modo da concentrarsi meno sulle fasi di pre-processing e più sui risultati della modellazione termica a livello di sistema e sull'ottimizzazione del progetto.

Scarica la guida completa alla gestione termica dell'involucro per suggerimenti sulla progettazione.

Il raffreddamento dei data center per un funzionamento affidabile è fondamentale per evitare interruzioni. Il raffreddamento dei data center in tutto il mondo rappresenta una percentuale significativa del consumo energetico oltre a considerare i costi operativi dei singoli siti, quindi una progettazione efficiente del raffreddamento è di grande importanza per un funzionamento efficace e sostenibile. Grazie alla simulazione CFD, è possibile prevedere il flusso d'aria e il trasferimento di calore nei data center e in altri sistemi complessi di grandi dimensioni. È possibile garantire che server, rack e componenti critici rimangano entro i limiti di temperatura richiesti e sviluppare la strategia di raffreddamento più efficiente.

Leggi subito il white paper 11 suggerimenti chiave per un raffreddamento efficiente dei data center .

Il raffreddamento a liquido offre vantaggi per il raffreddamento efficace ed efficiente delle applicazioni elettroniche in cui vi sono elevati requisiti di dissipazione del calore per scopi operativi e di affidabilità. Dalla riduzione al minimo delle perdite di carico delle piastre fredde personalizzate nelle applicazioni di elettronica di potenza al supporto della progettazione termica nell'ambito della crescente adozione del raffreddamento a immersione dei server, è possibile utilizzare un'accurata simulazione CFD 3D del raffreddamento dell'elettronica e la fluidodinamica 1D per ottimizzare il progetto di raffreddamento a liquido.

Guarda il video (a destra) sui vantaggi del raffreddamento a liquido dei server edge di Iceotope Technologies.

Visualizza la presentazione on-demand: Gestione termica dell'hardware di IA: Insight sul raffreddamento a liquido delle macchine di Electronic Cooling Solutions Inc

La maggiore precisione dell'analisi termica aiuta a soddisfare i requisiti di progettazione sempre più esigenti nello sviluppo dell'elettronica moderna. La calibrazione di un modello termico con dati di misurazione termica transitori può aiutare a ottenere la massima precisione nella simulazione termica. La calibrazione automatica del modello termico supera la necessità di passaggi di calibrazione manuale che richiedono molto tempo per apportare modifiche incrementali agli attributi del modello termico. L'uso di un modello termico calibrato consente di affrontare i rischi di sottoprogettazione per garantire l'affidabilità attraverso la modellazione accurata di scenari di profilo di missione per verificare le prestazioni. Allo stesso tempo, con una maggiore fiducia nella precisione, gli ingegneri possono affrontare potenziali aree di sovraprogettazione per ridurre i costi del prodotto.

Per una panoramica dei metodi di test dei transitori termici e della calibrazione del modello di simulazione,
guarda la presentazione on-demand: Caratterizzazione termica dei pacchetti di semiconduttori – metriche termiche, affidabilità e qualità

La tecnologia BCI-ROM (Boundary Condition Independent Reduced Order Model) offre vantaggi per un'analisi termica transitoria rapida di ordini di grandezza dell'elettronica più veloce rispetto alla CFD 3D completa, preservando la precisione. Un BCI-ROM viene generato automaticamente da un'analisi di conduzione 3D che mantiene l'accuratezza predittiva ma può risolvere 40.000+ volte più velocemente nei casi dimostrati. L'aspetto "indipendente dalle condizioni al contorno" dei modelli di ordine ridotto è estremamente prezioso, in quanto possono essere utilizzati in qualsiasi ambiente termico. I BCI-ROM possono essere generati in diversi formati per supportare la risoluzione rapida autonoma in formato matrice, incorporate nella simulazione di circuiti per strumenti di analisi elettrotermica (formato VHDL-AMS) o utilizzate nella modellazione di strumenti di simulazione di sistemi 1D (formato FMU).

Visualizza il blog: Il futuro della progettazione termica: analisi elettrotermica anticipata

Guarda il webinar on-demand: Accelerare la progettazione di sistemi elettronici con la simulazione elettrica termicamente consapevole (con insight dettagliati da un relatore ospite di ROHM Semiconductor)

La progettazione termica per l'affidabilità dei prodotti elettronici trae vantaggio da un'accurata previsione delle temperature, dei gradienti e delle variazioni cicliche transitorie che possono essere successivamente utilizzate nell'analisi delle sollecitazioni termomeccaniche. L'analisi termomeccanica viene utilizzata per studiare le modalità di guasto, le potenziali aree di rischio di degrado, la durabilità e la durata di vita.

I flussi di lavoro per la valutazione delle sollecitazioni termomeccaniche dalla CFD all'analisi a elementi finiti (FEA) possono assumere diverse forme. L'analisi CFD può essere eseguita da un analista termico dedicato in un software di raffreddamento elettronico e i risultati della temperatura transitoria 3D possono essere esportati in uno strumento FEA meccanico. In alternativa, gli ingegneri che lavorano in ambiente CAD possono trarre vantaggio da una combinazione di CFD termica e analisi delle sollecitazioni termomeccaniche integrata nel CAD per ridurre i tempi complessivi di analisi.

Esplora tre flussi di lavoro per la simulazione del raffreddamento dell'elettronica CFD e l'analisi delle sollecitazioni termomeccaniche dell'elettronica FEA in questo webinar on-demand.