芯片要火不要“热”！仿真技术助力芯片热设计

news2024/9/20 14:56:43

芯片散热仿真好比一场微观世界里的“清凉大作战”！

想象一下，小小的芯片就像迷你城市，无数的电子如同居民在其中穿梭。当芯片高速运转，就像城市进入了狂欢，热闹非凡但也会产生大量的热量。

而芯片散热仿真用数字和算法，让工程师可以清晰地看到热量是如何在芯片里产生、流动和散发，提前预知芯片在不同工作状态下会不会“热得冒烟”。

散热仿真可以模拟场景，比如芯片在高温环境下会怎样“挥汗如雨”，又或者当有特殊的散热材料加入时，热量是如何快速逃离，做到“精准模拟，冷静处理”。

伏图-电子散热模块（Simdroid-EC）迎“热”而生，它内置电子产品专用零部件模型库，支持用户通过快速搭建仿真场景，并利用成熟算法计算流动与传热问题，实现对电子产品的热可靠性分析，准确预测芯片内部的发热情况，帮助工程师快速定位热设计瓶颈、优化芯片设计。

图1 伏图-电子散热模块的应用案例

除了快速智能建模、高效网格剖分、高精度精确求解和丰富的后处理结果，伏图-电子散热模块还具有一键生成报告功能，智能化设计能够让仿真工程师快速上手。下面以芯片典型的RJA -JEDEC自然散热模型为例，带大家快速了解伏图-电子散热模块的仿真流程。

图2 芯片Rja仿真模型条件边界

1. 智能建模

该案例芯片模型为step文件，这里直接在文件窗口导入芯片模型。PCB模型则为智能元件建模，然后用立方体模块建立支撑板及测试板等辅助元件模型。

图3 芯片模型导入及PCB建模

2. 网格剖分

网格剖分主要包含全局网格设置和局域网格设置。根据芯片的组成对各部分采用不同精度的网格划分设置，并依网格剖分流程进行剖分及检查，以得到足够精确又高效的结果。

图4 网格设置

3. 模型及属性设置

模型和属性设置是影响计算精确度的主要因素。仿真中，需设置正确的求解边界及物性参数，并按实际应用场景选用合适的物理模型。本案例会用到流热耦合、辐射，并考虑重力对流场和温度场的影响，对壁面边界条件进行有效设置。

图5 模型设置

图6 属性设置

4. 求解计算

图7 监控点曲线

5. 丰富的后处理结果

计算完成后，针对芯片散热特点，按照仿真需求的结果统计分析模块。生成相应的云图、矢量图、流线图、动画等多种可视化结果，依需要统计和选取各个元件的平均温度、传热量、流量等数据作为检测重点，一键生成热仿真报告。

图8 表面温度云图展示

图9 多平面云图展示

图10 切片云图展示

图11 速度流线展示

图12 报告生成展示

关于伏图

伏图（Simdroid）具备固体力学、流体力学、电动力学、热力学等通用求解器，支持多物理场耦合仿真。在统一友好的环境中为仿真工作者提供前处理、求解分析和后处理工具。同时，作为仿真PaaS平台，其内置的APP开发器支持用户以无代码化的方式便捷封装参数化仿真模型及仿真流程，将仿真知识、专家经验转化为可复用的仿真APP。