热仿真案例-封装级热分析
芯片封装的热阻分析
芯⽚封装的热阻分析概述半导体器件散热的三个主要途径是:封装顶部到空⽓，或者封装顶部到散热⽚再到空⽓封装底部到电路板封装引脚到电路板在JEDEC中以热阻Theta来表⽰，其中ThetaJA参数综合了Die的⼤⼩, 封装⽅式，填充材料，封装材料，引脚设计，外部散热⽚和外部电路板的属性多个因素；ThetaJC和ThetaJB这2个参数是表征芯⽚和封装本⾝的，不会随着芯⽚封装外部环境的改变⽽改变。
关于芯⽚外部温度的趣事半导体元器件"烫⼿"未必不正常，55C摄⽒温度就会让⼈感觉发烫，很多⼤功率的芯⽚，表⾯温度可以达到85C摄⽒度以上。
对于Thermal测量的⼏个参数的困惑JEDEC对芯⽚封装的热性能参数的定义热阻参数ThetaJA，结到空⽓环境的热阻，= (Tj-Ta)/PThetaJC，结到封装外壳的热阻，= (Tj-Tc)/P, ⼀般⽽⾔是到封装顶部的热阻，所以⼀般的，ThetaJC = ThetaJTThetaJB，结到PCB的热阻， = (Tj-Tb)/P热特性参数PsiJT，结到封装顶部的热参数，=(Tj-Tt)/PPsiJB, 结到封装底部的热参数，=(Tj-Tb)/P其中:Tj - 芯⽚结温Ta - 芯⽚环境温度Tb - 芯⽚底部的表⾯温度Tc/Tt - 芯⽚顶部的表⾯温度按照JESD测量⽅法得出的ThetaJA热阻参数是对封装的品质度量，并⾮是application specific的热阻参数，只能是芯⽚封装的热性能品质参数的⽐较，不能应⽤于实际测量和分析中的结温预测。
PsiJT和PsiJB和ThetaXX参数不同，并⾮是器件的热阻值，只是数学构造物。
ThetaJA 结到空⽓环境的热阻ThetaJA是最常使⽤的热阻参数，也是最容易引起误解的参数。
IDT公司的定义ThetaJA = (Tj - Ta)/PThetaJA = (ThetaJB + ThetaBA) || (ThetaJC + ThetaCA);其中ThetaXY = (Tx - Ty)/PAltera公司的定义Without a heat sink, ThetaJA = ThetaJC + ThetaCA = (Tj - Ta)/PWith a heat sink , ThetaJA = ThetaJC + ThetaCS + ThetaSA = (Tj - Ta)/P实际上，Altera公司对加散热器的ThetaJA的定义不够严谨，散热器的引⼊相当于增加了⼀个散热通道，即增加了从管壳(Case)到散热器(heat Sink)的散热通道，所以加⼊散热器后，ThetaJA(heat sink) = ThetaJC + ( ThetaCA || ( ThetaCS + ThetaSA) )由于ThetaCA >> (ThetaCS + ThetaSA), 所以上式才可以近似化简为:ThetaJA = ThetaJC + ThetaCS + ThetaSA, 其中ThetaCS通常是导热硅脂或者硅胶, 热阻⾮常⼩TI公司的定义根据TI⽂档spra953c的描述, JESD定义ThetaJA的初衷是为了⼀种封装的相对热阻性能可以被互相⽐较，⽐如TI公司的某个芯⽚的热阻性能和其它公司的热阻性能做对⽐，前提是两家公司都是⽤JESD51-x中规定的标准⽅法来做测试，但是⼤部分芯⽚的热阻系数不会严格按照JESD51中规定的标准⽅法进⾏测量。
热仿真案例-封装级热分析
在系统级产品分析中，往往把单个芯片当作“黑盒”，用块或热阻模型来代替。
然而实际上，芯片内部结构复杂，尤其是MCM,SIP等产品，各处温度及发热量差别很大。
利用热仿真工具对芯片内部结构详细建模，分析其热特性，准确知道芯片内部的温度分布。
下图是某个Mini-Sip芯片的热分析：
下图是IGBT的详细分析:
下图是IGBT瞬态变化（比如启动时）的热分析，研究芯片内部各部件的温升状态:
芯片制造商在其datasheet中必须标注热阻信息，然后芯片热阻测价格不菲，有时为了测试需要安装专门的热测试引脚。
利用热仿真，建立JEDEC芯片热阻测试的标准模型（自然散热及强迫风冷），能非常精确的计算芯片热阻（Rjc，Rjb，Rja）。
热分析实验报告仿真(3篇)
第1篇一、实验目的本实验旨在通过仿真软件对某电子设备进行热分析，了解设备在正常工作状态下的温度分布，分析设备的散热性能，为设备的结构优化和热设计提供理论依据。
二、实验背景随着电子技术的不断发展，电子设备的功能和复杂程度不断提高，集成度也越来越高。
然而，电子设备单位体积的功耗不断增大，导致设备温度迅速上升，从而引起设备故障。
因此，对电子设备进行热分析，优化散热设计，对于提高设备的可靠性和使用寿命具有重要意义。
三、实验方法1. 选择仿真软件：本实验选用Ansys Fluent软件进行热分析。
2. 建立模型：根据实际设备结构，在CAD软件中建立三维模型，并将其导入Ansys Fluent中进行网格划分。
3. 定义材料属性：设置模型的材料属性，包括热导率、比热容、密度等。
4. 设置边界条件：根据设备的工作环境，设置边界条件，如环境温度、热流密度等。
5. 定义求解器：选择适当的求解器，如稳态热传导、瞬态热传导等。
6. 运行仿真：启动仿真计算，获取设备在正常工作状态下的温度分布。
7. 分析结果：对仿真结果进行分析，评估设备的散热性能。
四、实验结果与分析1. 温度分布通过仿真计算，得到设备在正常工作状态下的温度分布如图1所示。
由图可知，设备的热量主要集中在散热器附近，温度最高点约为80℃，远低于设备的最高工作温度。
2. 散热性能从仿真结果可以看出，设备散热性能良好，主要表现在以下几个方面：（1）温度分布均匀：设备内部温度分布较为均匀，没有出现明显的热点区域。
（2）散热器效果显著：散热器可以有效降低设备温度，提高设备散热性能。
（3）环境温度影响较小：在环境温度较高的情况下，设备温度升高幅度较小。
3. 优化建议根据仿真结果，提出以下优化建议：（1）优化散热器设计：考虑采用更大面积的散热器，提高散热效率。
（2）改进结构设计：优化设备内部结构，提高散热通道的流通性。
（3）采用新型散热材料：研究新型散热材料，降低设备的热阻。
大功率LED球泡灯封装热模拟研究进展
大功率LED球泡灯封装热模拟研究进展引言：环境保护及能源问题已经成为影响人类社会发展的全球性问题，发展半导体照明对节能、环保和建设节约型社会都有重要的战略意义，正逐渐成为人们的共识。
在世界的电力使用结构中，照明用电约占总用电量的19%，照明耗能是世界能源耗能重要组成部分。
国际能源署（IEA）2006年的研究报告指出，如果不采取积极措施，全球2030年的照明能源消耗将比现在高出80%。
另一方面，中国作为13亿的人口大国，电力能源相对来说比较贫乏，并且随着经济发展，人民生活水平的提高，照明用电在电力消费中占的比例逐年提高。
早在上世纪九十年代，我国照明用电的年增长已在15%以上，但在我国照明用电的结构中传统灯具仍占极大比例。
LED由于以下优点成为21世纪新的照明能源，将取代白炽灯：理论上更高的发光效率，可达到300lm/W，寿命长，结构牢固，冷光源，环保，淘汰器件小，反应时间快，亮度可调，颜色可变。
目前LED灯最大的制约问题是散热。
由于其发光效率仅能达到10%～20%，80%～90%的能量转化成了热能。
随着LED产品功率密度和封装密度的提高，这将会引起芯片内部热量聚集，导致发光波长漂移、出光效率下降、荧光粉加速老化以及使用寿命缩短等一系列问题。
这样，在推广照明用高功率密度高亮度LED产品时必需选择有效的散热解决方案。
为减小LED芯片的结温，当前主要从三方面设法提高产品的热散失能力：1通过提高工艺和采用新材料来提高LED芯片的发光效率，降低其热功率；2积极寻找新的封装方法和材料，将LED芯片产生的热量更有效地导出；3采用高效的外部散热方式，迅速将热量从LED基板导到环境中。
一提高LED芯片的发光效率由于LED芯片的转化效率不高，只有百分之十的能量转化为光能，大约80%的能量都转化为热能。
1W的芯片的热功率就约有0.8W，故如果能够改善芯片结构，提高转化效率，降低芯片热功率，能够从根本上解决LED散热问题。
sot223封装热仿真建模
sot223封装热仿真建模SOT223封装是一种中等尺寸的表面贴装封装，常用于功率半导体器件的安装。
在热仿真建模中，准确地模拟和预测SOT223封装器件的热管理是非常重要的。
本文将介绍如何进行SOT223封装的热仿真建模，并提供相关参考内容。
热仿真建模是通过软件工具模拟器件在不同工作条件下的温度分布和热传输特性。
在SOT223封装的热仿真建模中，我们需要考虑以下几个因素：1. 材料特性：SOT223封装通常由塑料材料制成，材料的热导率、热容量以及热膨胀系数是建模的关键参数。
2. 热阻特性：SOT223封装器件与散热器之间的热阻会显著影响温度分布。
这取决于器件的散热设计以及与散热器之间的接触面积和接触质量。
3. 功率损耗：SOT223封装器件的功率损耗会导致温度升高。
在建模中，需要准确地估计功率损耗，并将其作为热源输入。
有许多商业和开源软件工具可以用于SOT223封装的热仿真建模。
以下是一些常用的软件和参考资源：1. ANSYS Icepak：ANSYS是一个广泛使用的商业有限元分析软件。
其Icepak模块可以用于对电子器件的热管理进行建模和仿真，包括SOT223封装。
2. COMSOL Multiphysics：COMSOL Multiphysics是另一个广泛使用的商业多物理场仿真软件。
它提供了非常灵活的建模工具，可以用于SOT223封装的热仿真建模。
3. LTspice: LTspice是一款由Linear Technology开发的免费的电路仿真软件。
它可以用于模拟电路中的电源管理和散热问题，可以方便地建立SOT223封装的热模型。
4. 《ANSYS Icepak12.0热分析应用实例详解》（电子工业出版社）：本书详细介绍了ANSYS Icepak软件在电子器件热管理中的应用实例，其中包括封装热仿真建模的内容。
5. 《COMSOL多物理场仿真与应用》（电子工业出版社）：该书介绍了COMSOL Multiphysics软件在多个领域的应用，其中包括电子器件和封装的热仿真建模。
Icepak封装热解决方案
封装基板导热的详细模拟
• Icepak可以导入封装基板的Trace数 据，并基于此，对当地的导热系数 根据其残铜率进行评估
此举极大该散了封装结构散热通道 模拟的准确性 可以获得更高精度的温度分布和热 阻值
• •
13
© 2011 ANSYS, Inc.
June 12, 2014
Release 14.0
June 12, 2014
Release 14.0
DELPHI 模型抽取
DELPHI 模型
• • •
Top Inner
Top Outer Thermal Resistors
用于系统级散热的封装热网络模型标准 Icepak的DELPHI Extractor 可以使用MS Excel自动生成 DELPHI模型 DELPHI是BCI模型(Boundary Conditions Independent)
快速建模功能 ECAD & MCAD 数据导入
Icepak Object工具图标
贴体网格自动划分 Fluent 求解器 结果可视化 WB 集成 (多物理场耦合)
只要点击相应的Object，就可生成新的器件 Icepak Object类型
2
© 2011 ANSYS, Inc.
June 12, 2014
ANSYS ICEPAK的专业之处
ANSYS Icepak可集成于Workbench，与 其它ANSYS工具互连 Design Modeler (MCAD 连接)
快速建模功能 ECAD & MCAD 数据导入 贴体网格自动划分 Fluent 求解器 结果可视化
ANSYS Mechanical (热应力)
IDF MCM BRD Gerber ANF ODB++
ansys icepak 对芯片封装热阻的仿真计算过程
ansys icepak 对芯片封装热阻的仿真计算过程ANSYS Icepak是一款用于热管理系统仿真的软件。
下面是使用ANSYS Icepak进行芯片封装热阻仿真计算的一般过程：1. 创建几何模型：使用ANSYS DesignModeler或导入外部CAD文件创建芯片封装的几何模型。
该模型应包括芯片、封装材料、散热器等组件。
2. 定义材料属性：定义各组件的热导率、热容和密度等材料属性。
这些属性可以通过材料库中的预定义材料进行选择或手动输入。
3. 设置边界条件：为模型定义边界条件，例如输入功率、环境温度和对流热通量等。
这些条件模拟了实际工作条件。
4. 划分网格：使用ANSYS Icepak的网格划分工具对几何模型进行网格划分。
划分的网格应具有足够的精度以捕捉流动和温度梯度的变化。
5. 设置求解器选项：选择合适的求解器选项，例如收敛准则、迭代次数和求解时间步长等。
这些选项将影响仿真的结果精度和计算时间。
6. 进行仿真计算：运行仿真计算以求解热传导方程和流体力学方程。
ANSYS Icepak将使用选定的求解器和网格对模型的热传导和流动进行求解。
7. 分析结果：分析仿真结果，包括温度分布、热阻、对流和辐射热传输等。
这些结果可用于评估芯片封装的热性能，并进行优化设计。
8. 优化设计：根据仿真结果，根据需要对芯片封装进行优化设计，例如改变材料、几何形状或散热器结构等。
9. 重新仿真计算：根据优化设计的参数，重新进行仿真计算以评估改进的热性能。
如果需要进一步优化，可以重复步骤8和9，直到满足设计要求。
以上是一个一般的ANSYS Icepak对芯片封装热阻进行仿真计算的过程。
具体的步骤和设置参数会根据具体的模型和需求而有所不同。
一种高功率LED封装的热分析
收稿日期:2005-05-10. 光电器件一种高功率L ED 封装的热分析马泽涛1,朱大庆1,王晓军2(华中科技大学1.激光技术国家重点实验室;2.微系统中心,湖北武汉430074)摘 要: 建立了大功率发光二极管(L ED )器件的一种封装结构并利用有限元分析软件对其进行了热分析,比较了采用不同材料作为L ED 芯片热沉的散热性能。
最后分析了L ED 芯片采用chip 2on 2board 技术封装在新型高热导率复合材料散热板上的散热性能。
关键词: 高功率L ED ;芯片热沉;热管理;chip 2on 2board 中图分类号:TN312.8 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2006)01-0016-04Thermal Analysis of High 2pow er Light 2emitting Diode PackagesMA Ze 2tao 1,ZHU Da 2qing 1,WAN G Xiao 2jun 2(1.N ational Laboratory of Laser T echnology;2.Institute of Microsystems ,H u azhong U niversity of Science and T echnology ,Wuhan 430074,CHN )Abstract : A novel package and t hermal analysis based on FEA software for high power L ED were p resented.Heat dissipation of different die heat 2sink materials was ter ,t he heat performance of L ED package utilizing chip 2on 2board technology on a novel composite materials wit h high t hermoconductivity was st udied.K ey w ords : high 2power L ED ;heat sink ;t hermal management ;chip 2on 2board1 引言目前,比较成熟的商品化功率型发光二极管(L ED )输入功率一般为1W ,芯片面积1mm ×1mm ,其热流密度达到了100W/cm 2。
使用FloTHERM对TBGA封装芯片热特性进行热仿真
使用FloTHERM对TBGA封装芯片热特性进行热仿真Eric TanTaiwan Semiconductor Technology Co.HsinChu Science-Based Industrial Park, Taiwan, R.O.C.Eric ChoFlotrend Co. FloTHERM Agent in TaiwanTaipei, Taiwan, R.O.C.摘要众所周知自从QFP系列到目前的BGA系列封装，封装的芯片热性能变得越来越重要。
集成电路中的元件越多，工程师所要面对的散热问题越严重。
许多半导体企业都采用ANSYS 软件对具有对称性的1/4个封装芯片进行热仿真。
这种基于有限元的方法似乎无法仿真完整的封装模型或具有详细封装模型的板级热分析。
此外，ANSYS的仿真需要耗费很多时间，并且在强迫对流的案例仿真中无法给出对流换热系数。
本文使用FloTHERM软件仿真位于PCB板上的一个完整的TBGA模型，以判断其是否能满足高热功耗（6 W）工作的要求。
由FloTHERM.PACK生成的TBGA模型也被进行分析。
本文的研究重点主要集中在封装级和板级分析。
我们通过实验数据对自然对流和强迫对流情况下，三种封装芯片模型（一种自己建模，两种FloTHERM.PACK建模）在不同风速下(v=1m/s,2m/s,3m/s)的热性能进行了研究，并且比较了安装在PCB上PBGA和TBGA的热特性。
正如板级分析所显示的结果，在自然对流情况下TBGA要比PBGA的热阻（R ja）小20%。
同时我们也发现即便在PBGA封装模型的Die和基板之间放置100个导热球，PBGA的散热性能也没有TBGA好。
介绍众所周知电子行业必须研发高输入/输出的芯片去满足3D图形处理卡，高速处理器和网络连接装置的要求。
这些元件将引起更高的热损耗和时钟频率。
普通的PBGA 在200MHZ 工作条件下，只能散去3~5W的热量。
Cavity-Down封装技术被研究，以满足目前封装芯片高散热性能的要求。
利用Flotherm对大功率LED封装的热分析
透镜 以及芯 片热沉等 各环节 的散热 问题 都必须 很好 地重 视 。大 多数塑料 和环 氧树脂暴 露在 紫外线 辐射 下都 会变黄 老化 。这 种老化 随着封 装结 构温度 的增 加会 越来越严 重 ， 而且 不可逆转 。 了最大 限度地减 为 少ｌ ＥＤ封 装树脂 的老 化效 应 。 装 中多余 热量 应避 封 免从 取光路 径散 出 。 此通 过设 计低 热阻 Ｌ Ｄ封装 为 Ｅ 结构将 其芯 片产生 的大部分 热量通 过芯 片底部 热沉 消散 到外界环 境 中去 。其 突破点就 是芯 片热沉 的结
［ 稿 日期］０ ０ ０ — ８ 收 ２ １— ２胶粘接在表 ］Ｅ ：
面绝缘 的芯 片热沉上 ．芯 片电极通 过金 线与 引线框
架连接 ． 芯片外部用硅橡胶或者其他热稳定性、 绝缘
性 以及 光学透 明的树脂 材料 封装 ，热沉 四周用 塑料
【 作者简介降 晶（９４ ， 福建龙岩人， １７一）女， 讲师， 主要从事数控技术教学工作。
构、 尺寸和材 料。
功率 ， 改善电子产品的性能和可靠性 ， 减少设计 、 生 产、 再设计和再生产的费用 。 缩短高性能电子设备的 研制周期。热分析软件能够 比较真实地模拟系统的
热状 况 。 应用 热分析 软件 ， 在设计 过程 中就能 预测到 器 件的工作 温度值 ， 样可 以纠正 不合理 的布排 ， 这 取 得 良好 的布局 ，从 而可以缩 短设计 的研制 周期 。其 次 ． 过若干 次的改进设 计 ． 计工 程师可 以对 电子 经 设
本文 主要 针对 某一 １ 单芯 片功 率型 Ｌ Ｄ的 ｗ Ｅ
设备进行有效的热控制，使它在规定的温度极限内 工作 ， 从而可以提高电子设备的可靠性。
目前 比 较 成 熟 的 商 品 化 功 率 型 发 光 二 极 管
薄型QFP封装热传仿真分析
会 造 成 芯 片和 粘 结 层 以 及 塑封 层 之 间 的 分层 破 坏 。
关键 词 ： 电子封 装 ；数值模拟 ；热 一 结构 性 能
中图分类号 ：Ｔ ０ ． Ｎ３５９ ４
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：ｌ８ 一０ ０ （０ ８ ｌ ０ １０ ６ ｌ１７ ２ ０ ）１一 ０—４ ０
Ｎ啪 ｅｉ ｌ ｈ ｎ ｌｌ ａｙ ｉｆｒ ０ －Ｉ ｆｅ Ｐ ｒ ａ ｅ １ ｌｓ ｗ ｐ． ｉ ｃ Ｔ ａ Ａｎ ｓ． Ｌ ０ ０ ｌ ＱＦ
Ｇ ｕ —ｕ， Ａ ＧＧ ０ ｉ Ｎ ｏ ｇｈｉ Ｈ ａ ｑｎ Ａ０Ｇ ｏｈ ａＹ Ｎ ｕ －， ｊ Ⅵ ＧＨ ｎ ＿ｕ， ＵＨ ｉ ｉｇ Ｚ —
第 ８卷 ， ｌ 期 第 ｌ
Ｖ０Ｉ ８
．
电 子
与
封
装
Ｎ Ｏ １ ｌ
．
ＥＬＥＣＴＲ０ＮＩ ＣＳ ＆ ＰＡＣＫＡＧＩ ＮＧ
总 第 ６ 期 ７ ２０ ０ ８年 ｌ １月
封 装 、 、 装 “ 测 试 组 与
，
薄型 Ｑ Ｐ封 装热 传仿 真分析 Ｆ
高国华 ，杨 国继 ，王洪辉 ，朱海青
０ ａ ｔｎ ｕｉｕＭｉ ｏｌｃ ｏ ｔ ０， ｆ Ｎ ｎ ｎ Ｅ ， ｈｎ 、 Ｎ ｎ０ ｇＦ ｊｓ Ｃ ｅ ｔ ｎ ｓ ． ｄ ａ ｔ ｇ ２＇ Ｃ ｉｎ ｔ ｒ ｅｒ ｃＣ Ｌ ， ｏ ２ Ｉ 的６
Ａｂ ｔａ ｔＩ ｉ ａ ｅ， ｅａｌｄＩｗ—ｒ ｆ ｅＱＦ ｄ ｌ ｓ ｎ ｌｚ ｄｂ ｅｎ ｍｅｉａ ｍｕａｉｎｍｅｈ ｄ ｓｒ ｃ：ｎｔ ｓ ｐ ｒ ａ ｔｉ ｐ ｏ ｉ Ｐｍｏ ｅ ｗａ ａｙ ｅ ｙｔ ｕ ｒｃｌ ｉ ｌｔ ｔｏ ， ｈ ｐ ｄ ｅ ｏ ｌ ａ ｈ ｓ ｏ
sot223封装热仿真建模
sot223封装热仿真建模
在进行SOT223封装热仿真建模时，需要考虑以下几个方面：
1.电路板材料和尺寸：电路板材料和尺寸对于热传导和散热效果有很大影响，因此需要确定电路板的材料和尺寸。
2.芯片参数：需要确定芯片的最大功耗、热阻、热容等参数。
3.散热器参数：需要确定散热器的材料、尺寸、热导率以及与芯片之间的接触面积。
4.边界条件：需要确定模型的边界条件，包括外部温度和空气流通情况等。
基于上述考虑，可以利用ANSYS等仿真软件进行模型建立和仿真分析，具体步骤如下：
1.在ANSYS中打开“3D design”模块，创建新的工程，导入SOT223封装的三维模型。
2.在“Modeler”界面中，创建散热器模型和电路板模型，并将SOT223封装芯片放置在电路板上。
3.添加热源，设置芯片的最大功耗、热阻、热容等参数。
4.确定散热器的材料、尺寸、热导率，建立散热器模型，并将其与芯片之间形成接触。
5.设定模型的边界条件，包括外部温度和空气流通情况等。
6.运行仿真分析，得到SOT223封装在不同工况下的温度分布和散热效果。
7.根据仿真结果，确定是否需要调整散热器的材料、尺寸和热导率等参数，或优化电路板设计方案，以达到最佳的散热效果。
封装-PCB系统的热分析：挑战及对策
如今越来越多的封装/ PCB系统设计需要进行热分析。
功耗是封装/ PCB 系统设计中的关键问题，需要仔细考虑热和电两个领域的问题。
为了更好地理解热分析，我们以固体中的热传导为例，并利用两个领域的对偶性。
图1和表1描述了电域与热域之间的基本关系。
图1. 电域与热域之间的基本关系（点击查看大图）表1. 电域与热域之间的基本关系（点击查看大图）电域与热域之间存在一些差异，比如：·在电域，电流被限制在特定电路元件内流动，但在热域中，热流通过三种热传导机制（传导、对流和辐射）在三维空间从热源散发出去·元件之间的热耦合比电耦合更加明显且难以分离·测量工具不同。
对于热分析，红外热像仪和热电偶取代了示波器和电压探头当固体或静止流体介质中存在温度梯度时发生热传导。
热对流和热辐射是比热传导更复杂的热传输机制。
热对流发生在固体表面与不同温度流体材料接触时。
热辐射来自于所有温度大于绝对零度的物质的电磁辐射。
图2显示了三种热传输工作图。
所有上述热传输机制的一维应用的描述性等式如表2所示。
图2. 三种热传输机制（点击查看大图）表2. 不同热传输模式的方程（点击查看大图）其中：Q为每秒传输的热量(J/s)k为导热系数(W/(K.m))A为物体的截面积(m2)ΔT为温差Δx为材料厚度h c 为对流传热系数h r为辐射传热系数T1为一侧的初始温度T2为另一侧的温度T s为固体表面的温度(o C)T f为流体的平均温度(o C)T h为热端温度(K)T c为冷端温度(K)ε为物体的辐射系数（对于黑体）(0~1)σ为Stefan-Boltzmann常数=5.6703*10-8 (W/(m2K4))Sigrity TM PowerDC TM是一种经过验证的电热技术，多年来一直应用于设计、分析及验收封装和PCB。
集成的电/热协同仿真功能可帮助用户轻松确认设计是否符合指定的电压和温度阈值，而无需花费大量精力从很多难以判断的影响因子中进行筛选。
IC封装.PCB电热混合仿真简介
PowerDC-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 (Joule heating) 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。
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。
电流通过PCB 板产生的额外焦尔热源 (Joule heating) 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 ︒C 170.6 ︒C +11.8 ︒C基板最高温144.2 ︒C 160.9 ︒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。
基板类封装的热仿真
基板类封装的热仿真摘要：I.引言- 封装技术的发展- 热仿真在封装设计中的重要性II.基板类封装简介- 基板类封装的定义和分类- 常见基板类封装的介绍III.热仿真原理- 热仿真基本概念- 热仿真方法和流程IV.热仿真在基板类封装中的应用- 封装热设计的必要性- 热仿真在基板类封装设计中的应用案例V.热仿真结果分析与优化- 热仿真结果的解读- 基于热仿真的优化方案VI.总结与展望- 热仿真在基板类封装中的重要性总结- 未来热仿真技术的发展趋势和挑战正文：随着科技的飞速发展，封装技术在集成电路设计和制造领域扮演着越来越重要的角色。
其中，基板类封装由于其优良的性能，被广泛应用于各类电子产品中。
然而，由于封装材料和器件特性等因素的影响，基板类封装在运行过程中会产生大量的热量，这对产品的性能和可靠性构成了严重威胁。
为了有效解决这一问题，热仿真技术应运而生。
基板类封装，指的是将芯片通过封装技术固定在基板上，并在其上方覆盖有源器件和无源器件的封装形式。
根据封装材料和结构的差异，基板类封装可分为多种类型，如有机封装、陶瓷封装等。
这些封装类型各具特点，适用于不同的应用场景。
热仿真，是指利用计算机模拟技术，模拟封装内部的热传输过程，以评估封装的热性能。
热仿真方法主要包括稳态热分析、瞬态热分析等，通过这些方法可以得到封装的热分布、热应力等关键参数。
在基板类封装设计中，热仿真技术的应用具有重要意义。
首先，通过热仿真可以预测封装的散热性能，为封装热设计提供依据。
其次，热仿真可以帮助工程师发现潜在的热问题，从而优化封装结构，提高产品的性能和可靠性。
最后，热仿真可以缩短封装设计的周期，降低开发成本。
在实际应用中，热仿真技术已经成功应用于多种基板类封装设计中，取得了显著的成果。
然而，热仿真技术在基板类封装中仍面临一些挑战，如模拟精度、计算速度等。
icepak 封装热阻提取
icepak 热阻提取在电子设备和散热设计中，热阻是一个非常重要的参数。
它用于衡量导热能力和散热效果，对于保持设备温度在安全范围内至关重要。
icepak 是一款流行的仿真软件，它可以帮助工程师分析和优化热管理系统。
本文将介绍如何使用 icepak 来进行热阻提取。
icepak 简介icepak 是一款基于有限差分法（FDM）的瞬态和稳态热分析软件。
它可以模拟三维电子设备和散热器的热传导、对流和辐射传热。
使用 icepak 可以预测设备温度分布、热阻和热传感器位置。
在 icepak 中，我们可以创建一个几何模型，定义材料属性和边界条件，然后对整个系统进行仿真。
在仿真过程中，icepak 会计算热传导和对流换热，然后生成温度分布结果和实时热阻。
热阻提取步骤以下是使用 icepak 进行热阻提取的步骤：1. 创建几何模型首先，需要创建一个几何模型，以便仿真电子设备和散热器。
可以使用 icepak 内置的几何建模工具或者从其他 CAD 软件导入现有的模型。
确保模型包括所有的关键部件和热源。
2. 定义材料属性在 icepak 中，需要为模型中的每个部件定义材料属性。
这些属性包括热导率、密度和比热容等。
根据实际材料参数，选择合适的数值并输入到 icepak 中。
这些参数将直接影响热阻的计算结果。
3. 设置边界条件设定边界条件是模拟中非常重要的一步。
边界条件包括温度边界、热流边界和对流边界等。
通过设定这些条件，我们可以模拟实际工作环境中的散热情况。
4. 运行仿真设置完几何模型、材料属性和边界条件后，可以开始运行仿真。
在仿真过程中，icepak 将会计算温度分布、热阻和热传感器位置等结果。
根据仿真的实时情况，可以调整模型和边界条件，以获得准确的热阻信息。
5. 热阻提取在仿真完成后，可以从 icepak 的结果中提取热阻数据。
热阻通常以温度差和热流的比值表示。
根据需要，我们可以提取整个系统的总热阻或者特定部件的局部热阻。
基于Cadence软件的的单板电热仿真分析
基于Cadence软件的的单板电热仿真分析摘要：随着电路集成化程度越来越高，研制周期不断缩短，PCB设计面临的已经是与以往截然不同的、全新的挑战。
高集成度、小型化高速设计带来的功耗和温度上升问题也越来越严重，如何通过仿真验证设计，保证系统工作的可靠性，也是必须关注的问题。
本文通过Cadence软件对某型号PCB进行电热仿真。
结果表明：软件仿真结果直观、物理概念清晰，可很好地解决电路设计过程中概念抽象、综合考虑各方面因素困难等问题。
关键词：Cadence、电热仿真1引言大多数电子元器件过早失效的主要原因是由于过应力，即电应力、热应力或机械应力[1]。
降低器件的工作温度可以减小器件的热应力，提高器件的可靠性。
产品设计时，必须在预期的热环境下，把电子元器件的温度控制在规定的数值以下。
Cadence公司在Sigrity PowerDC软件基础上提供了PowerDC—Thermal电热协同仿真功能，其利用3D有限元法同时求解电学和热学方程，可以用来进行单板、多板、芯片封装的电热协同仿真[2]。
2 Cadence软件简介Cadence是一款大型电子设计自动化软件，Cadence软件在电路原理图设计、电路功能仿真、PCB自动布局布线等方面表现卓越，几乎覆盖了电子设计过程中的常见步骤。
常用的有电路图设计仿真软件Orcad Capture、Allegro PCB Designer等。
Cadence 公司的产品还可以对电路的电气特性、网络特性、对PCB 的封装特性，约束条件等因素进行设置，形成了一套完整的EDA设计模板和方案[3-5]。
3仿真分析3.1 电热仿真3.1.1 热学模型分析一维稳定的温度场中，热流从温度高的部分流向温度低的部分，达到稳态时，形成的温压与热流密度的比值记为热阻，用式(1)表示。
热流密度相当于电流，热阻相当于电阻，而温压相当于电压。
热阻表明热量从A点到B点流动的难易程度。
(1)3.1.2 PCB走线的焦耳热电流流过PCB走线产生的损耗会转化为热能，从而导致走线铜箔温度的上升，从而传导到主板和贴装在铜箔表面的电子元件中。
利用Simdroid实现销钉水冷壁热仿真流程封装
利用Simdroid实现销钉水冷壁热仿真流程封装销钉式水冷壁作为一种常见的水冷结构，具有结构简单、维护方便、换热效率高等优点，在动力锅炉、煤化工等领域应用广泛。
由于结构设计和使用环境等因素影响，销钉式水冷壁在工程中常出现耐火材料减薄/脱落、销钉端部烧损、水冷壁管爆管等问题，影响了销钉水冷壁的正常使用和设备寿命，并有安全风险。
为了更好地了解销钉式水冷壁结构的温度场分布，为结构设计和优化提供数据支撑，可采用自主通用多物理场仿真平台Simdroid软件进行热场分析和参数化仿真APP封装。
设计工程师使用封装的仿真APP，无需考虑仿真细节，却可掌握产品性能。
本案例详细介绍了采用Simdroid进行销钉水冷壁热仿真和无代码化APP封装的流程，供用户参考。
1、结构介绍如下图所示，销钉水冷壁结构由水冷壁管、扁钢、圆柱形销钉、SiC耐火材料组成。
图1 销钉水冷壁结构示意图在工程中，不同的热负荷工况，对销钉水冷壁的冷却性能有不同的要求。
水冷壁管、扁钢、销钉以及耐火材料的耐热性能也决定这个结构的设计尺寸。
在进行销钉水冷壁设计时，通过对其进行温度场分析，可保证结构的设计在相应的热负荷下既满足换热性能需要，也满足结构安全性的要求。
2、参数定义要在设计中快速确定销钉水冷壁结构是否满足换热性能及安全性要求，可通过参数化仿真分析来实现。
要进行参数化分析，首先要定义好需要关注的参数，包括结构尺寸、材料参数、网格划分尺寸、载荷等参数。
同时，参数之间还可以通过表达式来定义相互关系。
图2 Simdroid参数定义界面3、几何建模Simdroid提供了常用的几何建模工具，能够实现各种三维模型的构建。
本案例通过先建立草图，然后进行拉伸、阵列、布尔运算（差集、并集等），实现销钉水冷壁结构的几何模型创建。
在进行几何模型创建过程中，相应的尺寸（如管子直径、管子壁厚、销钉长度、销钉直径、扁钢厚度、耐火层厚度、管子节距等）均可以选择之前定义好的参数进行约束。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在系统级产品分析中，往往把单个芯片当作“黑盒”，用块或热阻模型来代替。
然而实际上，芯片内部结构复杂，尤其是MCM,SIP等产品，各处温度及发热量差别很大。
利用热仿真工具对芯片内部结构详细建模，分析其热特性，准确知道芯片内部的温度分布。
下图是某个Mini-Sip芯片的热分析：
下图是IGBT的详细分析:
下图是IGBT瞬态变化（比如启动时）的热分析，研究芯片内部各部件的温升状态:
芯片制造商在其datasheet中必须标注热阻信息，然后芯片热阻测价格不菲，有时为了测试需要安装专门的热测试引脚。
利用热仿真，建立JEDEC芯片热阻测试的标准模型（自然散热及强迫风冷），能非常精确的计算芯片热阻（Rjc，Rjb，Rja）。