对于PCB或芯片热仿真中,为精确计算热分布,都必须考虑ECAD导入后的影响。实务来说,从PCB获得ECAD走线信息较从芯片容易得多;主要是因为国内实际设计芯片的厂商较少,相关的芯片走线信息又为高度保密,任何合作厂商基本都无法取得,这也是要做热仿真的难点之一。
不论PCB或芯片,要进行准确热仿真问题,基本需具备如下两个条件:
1. ECAD Trace Layout Import (作用:计算走线传热影响)
2. ECAD Trace Powermap Import (作用:考虑电路热功率)
通过ANSYS Icepak进行热仿真时,ECAD Trace Layout Import在PCB或芯片中的方法皆同,而ECAD Trace Powermap Import则有本质上的不同。在ANSYS架构下可利用SIWAVE对PCB Trace进行电路功率的计算后导入ANSYS Icepak;而芯片Trace一般要通过EDA软件如Cadence或ANSYS Redhawk等抽取相应电路功率导入ANSYS Icepak中。
本文重点说明如何利用ANSYS Icepak导入ECAD布线数据,包含基于对向为芯片建立电路模型、导入ECAD布线及过孔信息、及导入芯片Trace Powermap等流程。
考虑ECAD布线对芯片热模型仿真计算
ANSYS Icepak对于IC Package可轻易地通过ECAD Geometry导入芯片Trace。导入的芯片包含电路图迭构、每层厚度、过孔、及相应层间材料等。利用By count或By size定义Trace的解像度
完整的芯片Trace信息
Show metal fractions可检阅每层走线信息,这些fractions密度主要作为表示导热率的传递路径。
Trace功率可通过ANSYS Redhawk CTM导入到ANSYS Icepak中,关键的区域只需要导Die Block即可。
CTM数据会包含所属Die Block区域内不同温度的功率变化 (由ANSYS Redhawk计算出),我们可以针对任一列数据做检视(View),可获悉在Die Block内所产生的热功率;计算需将此热功率完整导入ANSYS Icepak中形成Sources。Density Number可决定Powermap的细度,设置数字越高,Powermap细度越高,所将拆分出来的Sources就会很多,一般我们取101即可。
下图为计算的结果,从芯片ECAD计算出热分布后,通常想知道芯片因ECAD设计的不同造成传热特性的差异,例如传热系数的发展趋势等。
通过对芯片抽取Summary Report后获得Heat Transfer Coefficient,可知道芯片每个面热发展的趋势,从云图也能轻易看出热点区域。
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