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请收藏半导体行业Icepak芯片封装及PCB热仿真技术

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作者 | 仿真小助手
首发 | 仿真秀APP
导读:芯片封装作为半导体产业链中的重要环节,对于保护芯片、实现电气连接、提高系统性能等方面具有不可替代的作用。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展,芯片封装技术将继续迎来新的发展机遇和挑战。而芯片封装仿真是一种利用计算机辅助设计(CAD)技术,对芯片封装结构进行模拟和预测的过程。这种技术旨在在不实际制造和测试封装的情况下,评估其性能,包括散热、信号完整性和力学可靠性等方面,以优化设计并降低风险。

一、芯片封装仿真价值不菲

随着电子产品的不断发展和性能要求的不断提高,芯片封装结构越来越复杂,对封装性能的要求也越来越高。通过仿真技术可以提前发现和解决潜在问题,降低开发成本和风险;同时还可以通过优化设计提高封装性能,满足市场需求。因此,芯片封装仿真已成为半导体产业中不可或缺的一部分。
1、芯片仿真的主要内容
(1)热仿真:可以评估封装在工作状态下的温度分布,确保芯片不会因过热而损坏。分析散热路径和散热效率,优化散热结构,如增加散热片、使用导热性能更好的材料等。点击查看《教你瞬态热仿真提取芯片热阻参数,它越发受芯片厂商青睐

瞬态温升云图

(2)信号完整性仿真:可以分析封装内部和外部的电磁干扰(EMI)、串扰等问题,确保信号传输的质量。评估封装对信号传输速度、延时、衰减等参数的影响,优化布线布局和接地设计。我理解的ANSYS芯片-单板-整机SIPI、EMC电磁仿真解决方案

(3)力学可靠性仿真:可以分析封装在机械应力作用下的变形、断裂等风险,确保其在运输、安装和使用过程中的可靠性。评估封装与PCB板之间的连接可靠性,如焊点的强度、抗疲劳性能等。点击查看《芯片封装及PCB翘曲仿真方法与案例》

2、芯片封装仿真的流程

(1)建立模型:根据封装的设计规格,使用CAD软件建立封装的三维模型。模型应尽可能详细地反映封装的实际结构和材料属性。

(2)设定边界条件定义仿真的输入参数和输出目标,如环境温度、功耗、信号频率等。同时设定仿真的边界条件,如封装与PCB板之间的接触方式、散热条件等。

(3)运行仿真使用仿真软件对模型进行模拟计算,得到封装在特定条件下的性能参数和分布图。

(4)结果分析对仿真结果进行分析和比较,评估封装性能是否满足设计要求。如果存在问题或需要改进的地方,则返回模型进行优化设计并重新运行仿真。

(5)优化设计:根据仿真结果对封装结构进行优化设计,如调整材料、尺寸、布局等,以提高性能并降低成本。然后再次运行仿真以验证优化效果。

二、Icepak芯片封装热仿真

Icepak是一款由ANSYS公司开发的热仿真软件,广泛应用于芯片封装及PCB(印刷电路板)的热设计中。它采用先进的数值计算方法,能够准确模拟芯片封装内部的热量传输过程,提供高精度的仿真结果。支持多种几何模型、材料属性和边界条件的设定,能够满足不同芯片封装热仿真的需求。Icepak提供丰富的可视化工具,如温度分布图、热阻网络图等,帮助工程师直观理解仿真结果并进行优化设计。它作为ANSYS Workbench平台的一部分,Icepak能够与其他ANSYS软件进行无缝集成,实现多物理场耦合仿真分析。简单举个学科耦合的例子。
一个加热片,当然可以认为是一个简化的芯片。建模如下:芯片的die就是类似如此模型,内部金属丝环绕,局部生热,周围SiO2或者其他介电材料包裹。要分析这个模型,肯定从电生热、热传导、热应力三部分进行。用ANSYS WORKBENCH做如下建模:
首先从SOLIDWORKS导入模型,然后用MAXWELL 3D进行电流分析,生成焦耳热分布: 

生成的焦耳热用场积分器计算出来,然后导入ICEPAK。因为ICEPAK的模型需要简化转化,因此中间夹一个GEOMETRY模块。ICEPAK里面导入EM MAPPING即可将导入焦耳热分布。增加一个散热器之后,求解热分布:

紧接着将热分布导入STATIC STRUCTURAL模块,即结构力学计算,可以通过此热分布求解热变形和热应力:
三、Icepak芯片封装及PCB热仿真9讲
《Icepak芯片封装及PCB热仿真9讲》是一门内容丰富、实操性强的课程,对于需要掌握芯片封装及PCB热仿真技能的学生和工程师来说具有很高的学习价值这门课程主讲老师,现于某电力设备制造厂担任结构设计工程师,从事配电柜、高压开关柜等产品的设计和仿真。理论基础扎实,设计和仿真经验丰富,服务态度认真负责,尤其擅长Maxwell电磁场仿真和Icepak温度场仿真,以及基于workbench平台的多物理场耦合仿真。
1、你将获得:
(1)掌握导入IDF文件来建立PCB几何模型;
(2)掌握EDA电路布线过孔信息的导入,以及布线的焦耳热计算;
(3)掌握芯片封装和PCB的简化模型和详细模型;
(4)掌握芯片级板级和系统级的热仿真操作及不同建模方式的选择。
(5)为订阅用户提供VIP群、配套资料、知识圈答疑,可不定期加餐。
(2)提供培训通知和开具电子发票等服务,还以内推就业机会。

课程配套学习资料

2、适合谁看

(1)已了解传热学基本概念和公式:热传导、热对流、热辐射和热阻。

(2)已具备Icepak热仿真入门级水平;

(3)需要学习芯片封装、PCB热仿真操作的学生、工程师等。


(完)
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来源:仿真秀App
IcepakMaxwellWorkbench疲劳断裂电路信号完整性半导体电力电子SolidWorks芯片理论材料ANSYS
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首次发布时间:2024-08-25
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