电子散热解决方案的行业应用

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



2PCB 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。


典型应用案例                            


行业应用方案 | 电子散热的图1

封装级热仿真


行业应用方案 | 电子散热的图2

PCB板级电热耦合仿真


行业应用方案 | 电子散热的图3

外形复杂产品的热仿真


行业应用方案 | 电子散热的图4

有复杂流道的水冷热仿真


行业应用方案 | 电子散热的图5

考虑真实风扇的热仿真


行业应用方案 | 电子散热的图6

机箱级产品的热仿真


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