Symulacja chłodzenia układów elektronicznych

W przypadku producentów OEM półprzewodników kluczowe znaczenie ma zrozumienie wpływu struktury pakietu na niezawodność termiczną, szczególnie wobec rosnącej gęstości mocy i złożoności procesu rozwoju nowoczesnych pakietów układów scalonych. Wyzwania takie jak te związane ze złożonymi układami scalonymi typu system-on-a-chip (SoC) i 3D-IC oznaczają, że projektowanie aspektów termicznych musi być integralną częścią procesu rozwoju. Możliwość wspierania łańcucha dostaw przez dostarczanie modeli termicznych i wskazówek dotyczących modelowania, wykraczających poza wartości arkusza danych, może być wyróżnikiem stanowiącym o rynkowym sukcesie.

Producenci urządzeń elektronicznych zawierających zintegrowane pakiety układów scalonych muszą być w stanie dokładnie prognozować temperaturę złącza komponentu na płytce drukowanej (PCB) w środowisku na poziomie systemu, aby opracowywać odpowiednie i efektywne kosztowo projekty zarządzania termicznego. Oprogramowanie do symulacji chłodzenia układów elektronicznych zapewnia dostęp do takich informacji. Inżynierowie termodynamiki powinni mieć dostęp do opcji wierności modelowania pakietów układów scalonych w celu dopasowania ich do różnych etapów procesu projektowania i dostępności informacji. Aby uzyskać najwyższą dokładność modelowania kluczowych komponentów w scenariuszach stanów nieustalonych, model termiczny musi być skalibrowany z wykorzystaniem danych z pomiarów temperatury złącza.

Eksplorowanie symulacji termiczną pakietu półprzewodników

• Przepływ informacji związany z rozwojem aspektów termicznych pakietów półprzewodników o wysokiej gęstości – obejrzyj webinar
• Modelowanie termiczne pakietu półprzewodników na potrzeby symulacji chłodzenia elektroniki – obejrzyj prezentację na żądanie

Modelowanie parametrów termicznych złożonych wielowarstwowych płytek drukowanych i zamontowanych urządzeń pozwala dokładnie przewidzieć temperaturę złączy komponentów. Zrozumienie wpływu termicznego płytki wymaga odpowiedniego poziomu dokładności, dostosowanego do dostępnych informacji na każdym etapie procesu rozwoju.

W projektowaniu aspektów termicznych układów elektronicznych opcje wierności modelowania płytek PCB, od prostych typów, przewodności cieplnej w każdej warstwie, po modelowanie zdefiniowanych ścieżek miedzianych, są dostosowane do różnych etapów rozwoju. Obejmuje to działania od badania rozmieszczenia komponentów po sprawdzenie wydajności cieplnej płytki ze zdefiniowanymi ścieżkami. Jednym z najnowszych podejść do analizy termicznej płytki PCB jest modelowanie całej płytki jako złożenia sieciowego, co jest rozwiązaniem wydajnym obliczeniowo bez utraty dokładności.

Dostęp do danych projektowania układów elektronicznych i możliwość importowania danych płytek z wykorzystaniem najważniejszych formatów plików oprogramowania EDA oraz aktualizowania modeli o nowe dane są kluczowymi czynnikami zapewniającymi efektywność analizy termicznej. Inżynierowie odnoszą zauważalne korzyści dzięki narzędziom umożliwiającym łatwe przetwarzanie danych ECAD zawierających układ płytki, szczegóły trasowania i informacje o komponentach oraz sprawniejsze tworzenia modelu termicznego w połączeniu z metodami uwzględniania danych mocy w analizie termicznej.

Obejrzyj webinar – Symulacja termiczna i termomechaniczna wielowarstwowych płytek PCB

Uzyskanie jak największej dokładności analizy termicznej płytki PCB, w tym wytwarzania ciepła na ścieżkach miedzianych, wymaga współpracy z inżynierami elektronikami zajmującymi się symulacją integralności sygnału i mocy płytki PCB. Kosymulacja między oprogramowaniem symulacji 3D chłodzenia układów elektronicznych i oprogramowaniem do symulacji integralności zasilania EDA pozwala dokładnie przedstawić rozpraszanie mocy z uwzględnieniem zmian oporu elektrycznego wraz z temperaturą. Obejrzyj film, aby poznać uzasadnienie kosymulacji elektrotermicznej płytej PCB.

Obudowy układów elektronicznych muszą pomieścić złożenia płytek PCB, komponenty, zasilacze, złącza, czujniki i inne. Muszą również zapewniać wystarczający przepływ powietrza chłodzącego lub przewodzić ciepło do otoczenia, aby zapewnić niezawodne działanie produktu. Niezależnie od tego, czy projektujesz obudowę przemysłową chłodzoną przez wymuszoną konwekcję, szczelną obudowę do zastosowań awionicznych czy najnowszy produkt elektroniki użytkowej o cienkiej obudowie, narzędzia do analizy CFD 3D umożliwiają szybkie sprawdzenie różnych rozwiązań chłodzenia. Dzięki łatwej lub bezpośredniej obsługi geometrii MCAD na potrzeby symulacji CFD można w mniejszym stopniu koncetrować się na etapach preprocessingu, a w większym na wynikach modelowania termicznego obudowy na poziomie systemu i optymalizacji projektu.

Pobierz kompletny przewodnik dotyczący zarządzania termicznego obudową zawierający przydatne wskazówki na temat projektowania.

Chłodzenie centrów danych zapewniające ich niezawodne działanie ma kluczowe znaczenie dla uniknięcia przestojów. Chłodzenie centrów danych na całym świecie ma znaczący udział w zużyciu energii, biorąc pod uwagę koszty operacyjne poszczególnych zakładów, dlatego też efektywne chłodzenie ma duże znaczenie dla ich pomyślnego i zrównoważonego działania. Przy użyciu symulacji CFD można przewidywać przepływ powietrza i wymianę ciepła w centrach danych i podobnych dużych złożonych systemach. W ten sposób można zapewnić spełnienie limitów temperatury dla serwerów, szaf i kluczowych komponentów oraz opracować maksymalnie efektywną strategię chłodzenia.

Przeczytaj artykuł techniczny zawierający 11 najważniejszych wskazówek dotyczących wydajnego chłodzenia centrum danych.

Chłodzenie hydrauliczne stanowi efektywną metodę chłodzenia układów elektronicznych odznaczających się wysokimi wymaganiami dotyczącymi rozpraszania ciepła w celu zapewnienia sprawnego działania i niezawodności. Od zminimalizowania spadku ciśnienia niestandardowej instalacji Cold Plate w zastosowaniach energoelektronicznych po wspomaganie projektowania termicznego w rozwijających się obszarach stosowania chłodzenia zanurzeniowego serwerów: dokładna symulacja CFD 3D chłodzenia elektroniki i mechaniki płynów 1D pozwala zoptymalizować projekt chłodzenia hydraulicznego.

Obejrzyj film (po prawej) przedstawiający zalety chłodzenia hydraulicznego serwerów brzegowych firmy Iceotope Technologies.

Obejrzyj prezentację na żądanie – Zarządzanie termiczne dotyczące sprzętu z wykorzystaniem AI: głębokie uczenie maszynowe wykorzystywane w chłodzeniu hydraulicznym firmy Electronic Cooling Solutions Inc.

Wyższa dokładność analizy termicznej pomaga sprostać coraz większym wymaganiom projektowym w procesie rozwoju nowoczesnych układów elektronicznych. Kalibracja modelu termicznego z wykorzystaniem danych pomiarów termicznych w stanach nieustalonych może pomóc uzyskać jak najwyższą dokładność symulacji termicznej. Automatyczna kalibracja modelu termicznego eliminuje nadmiernie czasochłonne ręczne etapy kalibracji polegające na wprowadzaniu przyrostowych zmian atrybutów modelu termicznego. Dzięki skalibrowanemu modelowi termicznemu można wyeliminować ryzyko niedowymiarowania oraz zapewnić niezawodność za sprawą dokładnego modelowania scenariuszy profilu działania w celu weryfikacji wydajności. Jednocześnie inżynierowie mogą zająć się potencjalnymi obszarami nadwymiarowania, aby obniżyć koszty produktu, mając przy tym większą pewność dokładności danych.

Aby zapoznać się z przeglądem metod testowania termicznych stanów nieustalonych i kalibracji modelu symulacji,
obejrzyj prezentację na żądanie: Charakterystyka termiczna pakietu półprzewodnikowego – pomiary termiczne, stosunek niezawodność do jakości

Technologia BCI-ROM (ang. Boundary Condition Independent Reduced Order Model) oferuje korzyści w zakresie szybkiej analizy termicznej stanów nieustalonych układów elektronicznych szybciej o kilka rzędów wielkości niż w przypadku pełnej analizy CFD 3D, ale z zachowaniem dokładności. Model BCI-ROM jest automatycznie generowany na podstawie analizy przewodzenia 3D, zachowując jej dokładność predykcyjną, ale zwiększając prędkość przetwarzania w przedstawionych przykładach o ponad 40 000 razy. Aspekt „niezależności od warunków granicznych” modeli zredukowanego rzędu jest niezwykle cenny, ponieważ umożliwia ich stosowanie w dowolnym środowisku termicznym. Modele BCI-ROM można generować w różnych formatach, aby umożliwić ich samodzielne szybkie przetwarzanie w formacie macierzowym, włączać je do symulacji obwodu przy użyciu narzędzi do analizy elektrotermicznej (format VHDL-AMS) lub używać ich w modelowaniu symulacji systemu 1D (format FMU).

Zobacz blog: Przyszłość projektowania termicznego – przeprowadzanie analizy elektrotermicznej na wcześniejszym etapie procesu

Obejrzyj webinar na żądanie: Przyspieszenie projektowania układów elektronicznych dzięki symulacji instalacji elektrycznych z uwzględnieniem danych termicznych (z analizami przedstawianymi przez prelegenta z firmy ROHM Semiconductor)

Projektowanie aspektów termicznych zapewniające niezawodność działania elektroniki wykorzystuje funkcje dokładnego prognozowania temperatur, gradientów i cyklicznych zmian stanów nieustalonych, używanych następnie w analizie obciążeń termomechanicznych. Analiza termomechaniczna służy do badania rodzajów awarii, potencjalnych obszarów ryzyka degradacji i uzyskiwania informacji na temat wytrzymałości i czasu eksploatacji.

Przepływy informacji z analiz CFD do analiz metodą elementów skończonych (MES) w procesie oceny obciążeń elektromechanicznych mogą przybierać różne formy. Analiza CFD może być przeprowadzona przez specjalistę ds. analiz termicznych w oprogramowaniu do rozwoju chłodzenia układów elektronicznych, a wyniki 3D temperatur można eksportować do narzędzia do analiz MES konstrukcji mechanicznych. Inżynierowie pracujący w środowisku CAD mogą też skorzystać z połączonych funkcji analiz obciążeń termicznych i termomechanicznych zintegrowanych z tym środowiskiem, aby skrócić całkowity czas wykonywania analiz.

Zapoznaj się z trzema przepływami informacji dotyczącymi symulacji CFD chłodzenia układów elektronicznych i analiz obciążeń termomechanicznych metodą MES przedstawionymi w webinarze na żądanie.