IC封装PCB电热混合仿真简介

www.sigrity.comPowerDC-ThermalPCB中的电热混合仿真1）电热共同设计的必要性为何在当前的设计中需要电热共同设计呢？因为越来越多的芯片产品需严格控制每一过孔及焊球的温度。PCB中温度的变化会改变材料的电阻分布，因而改变板上的电流与电压分布。因为电流集中而产生的高温有可能导致PCB板过热以致冒烟或起火。电流通过PCB板产生的额外焦尔热源(Jouleheating)会改变传统的散热及电压降设计。如Intel最新的i7处理器就严格要求Socket下的过孔温度不超过96度。因没考虑电及热的相互影响，传统的纯散热分析无法准确的估算每个过孔及焊球的温度。唯有使用电热共同设计才能有效的达成此项设计要求。PCB温度变化会改变材料的电阻分布，因而改变PCB中的电流与电压分布。如下图所示，如果不考虑PCB上温度的变化，则电流密度实际可能增大20%以上。增大温度将减小电导率，从而增大直流压降。在室温下进行直流分析，将使直流压降被低估。没有电热混合仿真功能的直流分析工具只能分析均匀温度下的压降变化，因此一些极端情况如80度时，压降将被高估。www.sigrity.com由于电流集中而产生的高温甚至可以导致PCB板过热以致冒烟或起火。虽然IPC提供一套根据电流强度手算基板最高温的计算方法，但此简化的计算方法过于粗慥，往往导致不安全或过于昂贵的设计。使用一套自动化的电热共同设计软件可精准掌控此悠关安全的设计要求。www.sigrity.com电流通过PCB板产生的额外焦尔热源(Jouleheating)会改变传统的散热及电压降设计。传统的纯散热分析只考虑元器件发热，而电热共同分析会同时考虑元器件热源及焦尔热源。纯散热分析(只考虑原件热源)电热共同分析(同时考虑原件及焦尔热源)焦尔热源之影响原件最高温158.8C170.6C+11.8C基板最高温144.2C160.9C+16.73C2）电热共同设计的流程与技术在PowerDC-Themal热分析模块中，工具会自动将电流强度作为热传导分析的输入条件，或将温度变化作为直流压降分析的输入条件，反复叠代直至收敛。Sigrity提供的电热共同设计的技术流程，是全世界第一套紧密结合且自动化的单一电热共同设计软件，以协助封装和PCB工程师有效的满足电子封装和PCB日益严格的电性能和热性能要求。PCB中的第一个主要热源是焦尔热源，可以根据三维空间的电流分布推导出具体对温度的贡献，如下图。www.sigrity.comPCB中的第二个主要热源是元件热损耗，晶片内电流动态运作产生之热会因位置不同而有所变化。芯片内半导体漏电产生的热量（leakagepowerdissipation）也会因温度不同而有所变化。www.sigrity.com为了满足热和电共同设计之要求，仿真模型必须非常精细。电热共同设计需能提供封装内每一过孔、焊球、芯片焊球及金线的温度。每一过孔,焊球,晶片焊球及金线都须详细模拟，基板每一叠层都要有各自模型，必须考虑材料特性随温度的变化，必须能加入散热片。电热共同设计的模型需能分辨PCB板内布线密度的不同对温度带来的影响，如下图。以下的案例1为封装的电流强度及温度分布，案例2为PCB的电流强度及温度分布。www.sigrity.com案例1：封装结构的电热混合仿真案例2：PCB结构的电热混合仿真PowerDC的电热混合仿真具有相当高的精度。下图为与测量温度的比较。www.sigrity.com总之，越来越多的产品要求准确计算电子封装内每一处的电压、电流及温度变化。电子封装必须做电热共同设计才能符合上述的产品需求。Sigrity的PowerDC-Thermal是目前全世界唯一紧密结合电与热分析于单一软件的电热混合仿真工具。3）接口适用于Windows和Linux的操作系统与各种PCB和IC封装的布线文件都有接口，如Sigrity,Cadence,MentorGraphics,Altium和Zuken等