PCB電熱耦合分析及對電子設備的影響

1、PCB電熱耦合分析及對電子設備的影響PCB可靠性真實世界操作條件 = 多物理環(huán)境 熱分析熱應力分析結構可靠性設計迭代電源和型號完整性分析電阻損耗溫度溫度熱可靠性電可靠性多物理工作流程總結熱應力分析(形變)YesNoMax(|DT|)goal?熱收斂熱分析(工作溫度)電氣直流分析(傳導損耗)輸入自動化收斂SIwave-DC 與Icepak 耦合 全自動SIwave-DCSetup File (optional)Board Layout FileHeat Sources File(optional)Thermal ConvergenceIcepak ThermalYesNoMax(|DT|)goa

2、l?Temperature Profile統(tǒng)一接口的端到端自動流程直流分析SIwave DC 直流分析(傳導損耗)ThermalRH-CTAAnalog/IPTotemRTLPowerArtistSoCRedHawkAC SYZDCICExtractionIcepakWorkbenchALinks for EDA:ECAD TranslationSignal Net AnalyzerZo & X-talk ScansNear/Far FieldFrequency SweepSIwave-DCPI Advisor: Decoupling OptimizationPlane ResonanceLo

3、op InductanceSI Circuit Analyses:IBIS, IBIS-AMI, TransientSIwave-PISIwaveSIwave Core SolversSIwave R17SIwave DC R17FunctionalitySIwave DCECAD TranslationSIwave GUII2R DC SolverDC Path Resistance SolverLeadframe EditorNew專門用來預測封裝和電路板上直流電源供電問題求解器使用獨特的自適應網(wǎng)格細化技術來確保高精度結果，對包含銅皮、走線、過孔、鍵合絲、焊球和凸點等電子設計元素的芯片、封

4、裝和電路板進行準確預測。生成如下分析結果電源和地網(wǎng)絡上的直流電壓跌落（V）電源和回流路徑上的直流電流密度分布 (Amps/Area2) 流進流出過孔的電流量功率密度分布(W/Area2)和每層功耗(Watts)與Icepak雙向耦合分析焦耳熱引起的熱損耗生成.html報告自動判別用戶預先定義的pass/fail判據(jù)SIwave DC 直流求解器自適應網(wǎng)格細化1 Adaptive Pass3 Adaptive Passes10 Adaptive Passes20 Adaptive Passes直流分析向?qū)nitial Pass直流分析結果和解析Path ResistanceInitial Me

5、shTime & RAMPath ResistanceAdaptive PassesTime & RAMVoltage Source to U1 (path)17.236 m1 - Pass11 Seconds6.7 MB18.278 m3 Adaptive Passes17 Seconds8.1 MBVoltage Source to U2 (path)16.850 m1 - Pass10 Seconds6.7 MB17.870 m3 Adaptive Passes16 Seconds8.1 MB3 PassesU1U2Vs使用SIwave DC進行IR-Drop分析Voltage Drop

6、Power Supply to Active DevicesPower Loss Along Specific NetsPower Loss: All Geometry直流分析結果和解析電流密度分布矢量直流路徑電阻溫度分布電源地網(wǎng)絡上跌落的電壓1.2m0.99m0.96m1.3mSIwave DC自動生成報告全自動報告:設置電壓/電流限制HTML or PDF格式生成逐層結果直流電源樹(信號流)Need to Update SFG Picture在SIwave中進行焦耳熱和溫度分析使用Icepak求解器:焦耳熱傳導分析強制對流（風扇）分析空氣沿平行或垂直于PCB板方向自然對流分析可包括簡化機箱

7、設置有源器件功率可以打開Icepak界面并在其中進行更詳細分析SIwave熱解決方案：使用Icepak求解器SIwave界面中的Icepak設置PCB多物理仿真評估PCB的直流、熱和熱結構性能電熱力多物理耦合分析確定PCB可靠性案例（Icepak中詳細設計）PCB和器件直流電源網(wǎng)絡確定電源模塊是否為所有有源器件提供合適的直流電壓通過直流電流密度快速確認電流堵塞和大電流過孔輸出焦耳熱到ANSYS Icepak使用SIwave做DC-Drop分析DC-Drop仿真得到電流密度、電壓和功耗分布Icepak中PCB設置PCB包含走線和過孔信息的PCB導入到IcepakSIwave-Icepak耦合指定

8、SIwave目錄指定PCB周圍環(huán)境邊界條件 (熱交換系數(shù) or 溫度)運行Icepak，并且輸出溫度分布給SIwave設置導入的功率映射源的過濾條件設置溫度相關（雙向耦合）（R17.1此宏設置內(nèi)容會有變化，更為合理和方便）來自SIwave的功率映射對于來自SIwave的每個功率映射單獨生成2D源SIwave-DC with Icepak ThermalSIwave-DC板材和層疊版圖文件設置文件(可選l)電壓和電流源網(wǎng)格設置Icepak Thermal板, 走線, 器件版圖版圖文件問題設置結構設置, 網(wǎng)格設置材料, 邊界條件, 器件功率功耗溫度Thermal ConvergencePCI Gr

9、aphics card 熱影響DC with Icepak card with componentsPCI express spec: Max power not to exceed 75 W Includes dissipation from IC dies and PCB Joule heatingImpact of SIwave& Icepak LinkDC PowerConsumptionWithout Joule Heating69.3 WattsWith Joule Heating75.7 WattsAdd Reference將體溫度場傳遞給Mechanical做熱應力仿真在Workbench環(huán)境中進行體溫度分布映射使用Mechanical做熱應力分析Icepak熱仿真結果Mechanical中導入的溫度分布結構仿真提供PCB結構可靠性信息評估PCB熱變形和應力評估溫度循環(huán)下板上焊點的熱疲勞插入或緊固時產(chǎn)生的焊點應力跌落測試需求的沖擊加載使用Mechanical進行熱應力仿真ANSYS Mechanical得到變形