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IC封裝中Flotherm提供的其他建模方法

2yMZ_BasiCAE ? 來源:數(shù)字化工業(yè)軟件技術(shù)期刊 ? 作者:趙珵 ? 2021-09-22 10:18 ? 次閱讀

上一篇文章我們介紹了IC封裝建模的分類以及如何在Simcenter Flotherm中實(shí)現(xiàn)不同精度的手動建模,接下來我們來了解一下Flotherm提供的其他建模方法。

03Flotherm PACK 與 Package Creator

3.1

Flotherm PACKFlotherm PACK是第一個符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的在線IC封裝數(shù)據(jù)庫,提供三十余種IC封裝和換熱器模板,用戶根據(jù)設(shè)置向?qū)В恍枰c(diǎn)擊幾次鼠標(biāo)就可以參數(shù)化指定封裝設(shè)計(jì),按照一般流程需要幾天時間才能構(gòu)建完成的封裝熱阻模型,可以在幾分鐘時間內(nèi)完成。用戶也可以自行修改芯片、導(dǎo)熱膠、引腳/焊球等任何部件的尺寸及材料性質(zhì)。

Flotherm PACK可以自動創(chuàng)建2R和DELPHI模型兩種CTM,以下圖所示的TSOP封裝為例,自動生成對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的熱阻值,DELPHI模型還給出了與DTM之間的結(jié)溫誤差。CTM能夠以Compact Component或Network Assembly的格式下載并導(dǎo)入Flotherm直接使用。

類似地,F(xiàn)lotherm也可以自動生成該TSOP的DTM,包括初步的網(wǎng)格劃分,如下圖所示,可以直接導(dǎo)入Flotherm中進(jìn)行仿真計(jì)算。Flotherm PACK還是一個雙向的封裝數(shù)據(jù)庫平臺,若用戶在仿真和設(shè)計(jì)過程中對封裝進(jìn)行了一些修改,可以將修改后的模型上傳回去,并生成對應(yīng)的CTM,簡化該封裝的建模。用戶可以建立專屬的模型數(shù)據(jù)庫,為后續(xù)設(shè)計(jì)和仿真任務(wù)中的信息重用提供了便利。

Flotherm PACK還提供封裝板級測試建模,同樣根據(jù)向?qū)В脩艨梢栽诜庋bDTM的基礎(chǔ)上生成PCB板模型,定義其材料組成和熱學(xué)性質(zhì),并下載導(dǎo)入Flotherm進(jìn)行測試仿真分析,幫助用戶提高IC封裝仿真測試的工作效率。

3.2

Package CreatorPackage Creator是為Simcenter Flotherm XT用戶免費(fèi)提供的客戶端IC封裝建模數(shù)據(jù)庫,與Flotherm PACK類似,Package Creator也提供了大量符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的封裝模板和建模向?qū)缦拢?/p>

Package Creator的模板類型更為豐富,但目前只支持創(chuàng)建封裝的DTM模型和2R模型。如下圖的QFN,該模型可以以XTXMLA格式直接導(dǎo)入Flotherm XT或FloEFD。

Model Caliabration是Simcenter Flotherm、Flotherm XT和FloEFD提供的,通過封裝的結(jié)構(gòu)函數(shù)分析熱流通路,以T3STER瞬態(tài)熱分析系統(tǒng)測量結(jié)果為基準(zhǔn),對封裝數(shù)值模型進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)的功能。

我們知道,對封裝進(jìn)行仿真建模時,有些參數(shù)若沒有供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù),是很難確定其準(zhǔn)確值的,比如說芯片的有效發(fā)熱面積、Die Attach的實(shí)際厚度等等。事實(shí)上,即使是供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù),也可能存在缺失或模糊。另外,即使是相同批次的封裝,填充附著表面之間微小間隙的導(dǎo)熱界面材料(TIM)層也可能會顯示出很大的差異。這些不確定因素影響了封裝仿真建模的準(zhǔn)確性,尤其是當(dāng)系統(tǒng)功耗或環(huán)境邊界條件經(jīng)歷瞬態(tài)變化時,重復(fù)的瞬態(tài)熱可能會在封裝的材料界面處產(chǎn)生剪切應(yīng)力,導(dǎo)致分層/撕裂,引起熱阻的變化,甚至帶來熱失效的嚴(yán)重后果。故而我們更需要一個能夠準(zhǔn)確表征封裝熱傳遞路徑的模型,用于高精度的熱設(shè)計(jì)。

如何準(zhǔn)確地表征封裝熱傳遞路徑?可以用結(jié)構(gòu)函數(shù)。當(dāng)仿真模型的結(jié)構(gòu)函數(shù)與實(shí)驗(yàn)測量得到的結(jié)構(gòu)函數(shù)一致時,我們就可以認(rèn)為仿真模型具有與實(shí)際封裝一樣的傳熱性質(zhì)。在任意功耗工況下,仿真模型與實(shí)際封裝具有一致的三維溫度場和瞬態(tài)熱特性。關(guān)于結(jié)構(gòu)函數(shù)和T3STER測量系統(tǒng)的原理,可以點(diǎn)擊文末“閱讀原文”閱讀更詳細(xì)的介紹,這里不做過多展開。Flotherm提供了目前市面上唯一的熱仿真與熱測試相結(jié)合的模型校準(zhǔn)技術(shù),原理即通過調(diào)整IC模型中的設(shè)計(jì)參數(shù)改變仿真模型結(jié)構(gòu)函數(shù),去貼合實(shí)驗(yàn)測量獲得的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線,本質(zhì)上是一個參數(shù)優(yōu)化的過程。Flotherm內(nèi)嵌的設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊Command Center為這個過程提供了便捷的工具。用戶可以一鍵導(dǎo)入T3STER測量的結(jié)構(gòu)函數(shù),直觀地與Flotherm模型的結(jié)構(gòu)函數(shù)進(jìn)行對比,如下圖所示:

可以一鍵校核實(shí)驗(yàn)與Flotherm 仿真的邊界條件是否一致;可以很方便地選擇并自定義需要校準(zhǔn)的參數(shù)及其范圍。用戶不需要擁有優(yōu)化算法相關(guān)的專業(yè)知識,只要定義DoE試驗(yàn)次數(shù),F(xiàn)lotherm就可以自動生成設(shè)計(jì)、迭代循環(huán)并給出最終的校準(zhǔn)結(jié)果及精度,如下圖。經(jīng)校準(zhǔn)的Flotherm模型結(jié)構(gòu)函數(shù)精度可以超過99%。用戶還可以對結(jié)構(gòu)函數(shù)進(jìn)行更有針對性的分段校準(zhǔn),或者校準(zhǔn)多條熱通路。

05總結(jié)

Simcenter Flotherm是西門子工業(yè)軟件提供的專門針對電子散熱開發(fā)的熱仿真工具。為了方便熱設(shè)計(jì)工程師更快、更準(zhǔn)確地進(jìn)行散熱分析和設(shè)計(jì),F(xiàn)lotherm提供了多粒度、多精度的多種IC封裝建模方法,以及獨(dú)特的仿真-測試相結(jié)合的模型校準(zhǔn)功能。工程師在設(shè)計(jì)的不同階段可以根據(jù)需求選擇最合適的方法,達(dá)到仿真設(shè)計(jì)結(jié)果和時間成本的最優(yōu)平衡。

責(zé)任編輯:haq

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原文標(biāo)題:【分享】詳解IC封裝建模 - Simcenter Flotherm 的IC封裝解決方案 (下)

文章出處:【微信號:BasiCAE,微信公眾號:貝思科爾】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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