行业应用方案 | 电子散热

一叶_4024 2021年2月8日浏览：2425

据美国权威机构调查显示，电子产品失效原因中55%跟温度相关，因此电子产品的热设计至关重要。

电子产品在日常生活和工业生产中必不可缺，特点也较为明显，如：集成度越来越高，结构越来越复杂，产品研发周期越来越短，紧凑化程度越来越高，交叉学科的技术需求日益强烈等等。这些特点或多或少都会与热设计工作相关，尤其是在5G和AI盛行的年代，电子产品的热流密度越来越高，这给热设计工作带来巨大的挑战。

热设计的方法一般有理论分析法、热测试法以及热仿真法。工业产品复杂，只有比较少的理论分析解；热测试是热设计的重要手段，但周期长成本高而且在产品设计的前期是没有样品测试的；而热仿真能很好地弥补理论分析和热测试的不足，且已大量应用于工程实践中。理论分析，热测试和热仿真，三者相辅相成，在可以预见的未来，热仿真扮演着越来越重要的角色。

Ansys解决方案

Ansys电子散热解决方案专注于电子产品的热设计和热仿真的相关问题, 主要涉及电子产品包括芯片封装、PCB 板、机箱系统等。跟温度相关的多物理场耦合仿真问题也是此电子散热关注的重点，如电热耦合问题、热结构耦合问题、电热结构耦合问题等。

1、芯片封装级散热分析

可编程性强，自动化程度高。

精细化 Die 热源 (CTM模型)
RedHawk-Icepak电热耦合仿真
SIwave-Icepak基板电热耦合仿真
3D Layout-Icepak基板电热耦合仿真
封装级电热结构耦合仿真
常用热阻提取
多 Die DELPHI 网络模型提取
强大的可编程性使自动化程度大幅提高

2、PCB 板级散热分析

完善的流程，出众的精度。

电热结构耦合仿真
SIwave-Icepak电热耦合
3D Layout-Icepak电热耦合
高效处理考虑trace影响的热分析
简单的直流压降损耗计算
倾斜PCB 板热仿真

3、机箱/大系统级热仿真

处理复杂模型的能力，业界领先。

HFSS-Icepak电热耦合
Maxwell-Icepak电热耦合
Q3D-Icepak电热耦合
Icepak-Simplorer仿真仿真
能够处理复杂的MCAD数据
可以导入外部复杂网格
复杂流道的水冷热仿真
多套热仿真流程方便选择
丰富且强大的宏辅助实现热仿真

电热耦合及复杂工况的处理能力，帮助客户实现产品的热设计

如开篇提及，电子产品的失效有55%的原因是由热引起的，所以必须对电子产品的热设计予以重视。由于电场和热场是紧耦合的关系，电热耦合仿真方案越来越得到客户的青睐，Ansys Icepak在这方面拥有比较大的优势。此外, Ansys Icepak在业界同类产品中功能覆盖范围更广, 这意味着 Ansys Icepak可以更好地帮助客户实现电子产品的散热设计。

时下先进的2.5D/3D IC封装技术，包括通过硅通孔（TSV）、管芯和晶片堆叠、系统封装SiP等，将成为5G芯片封装设计的主流选择。短互连路径由于提高了I/O速度，堆叠芯片之间的TSV可实现更高的性能。随着现在芯片的功率提高，尺寸紧凑，分析结构可靠性需要考虑芯片发热、封装发热等条件。此类分析通常会使用芯片分析工具Redhawk，电子热分析工具Icepak进行芯片与封装热分析，而结构分析工具Mechanical可使用以上工具的热分析结果，再进行结构分析，这些工具组合构成了业界流程最完整、功能最强大的结构可靠性方案。
市面上同类的热仿真软件大多有比较明显的功能缺失，比如不具备电热耦合能力，或不能处理复杂曲面, 或网格类型和功能单一等。而Ansys Icepak在业界同类软件中功能覆盖范围更广，它具有完善的电热结构耦合能力，主流的设计文件接口(包括ECAD和MCAD)，贴体化的网格功能，强大的外部网格导入功能，专业的求解器，丰富的物理模型和湍流模型等等。这些特点，都决定了Icepak能更好地帮助客户实现电子产品的散热设计。

Ansys旗下的芯片、电磁、热、结构、可靠性分析等众多工具，可实现多物理场耦合、多学科融合，构成了业界极其全面的电子产品可靠性解决方案。作为在电热结构耦合仿真当中主推的热仿真模块，Icepak功能拥有业界非常广泛的覆盖面，将会更好地为客户的电子产品热设计保驾护航。