IC封装热阻Rja仿真教程——基于ANSYS Electronics Destop下的Icepak软件操作

2024-06-20 08:03   陕西  

前段时间,一个小兄弟问我热仿真怎么做,由于他是做射频的,熟悉HFSS软件,因此我推荐了Ansys Electronics Desktop平台下icepak软件。由于网上教程太少,于是我便送佛送到西,做了这么一份操作教程。

但愿现在的晚辈能懂得饮水思源,不说滴水之恩当涌泉相报这么大的话了,回西安了带我去吉祥村找姨说个话就行了!

言归正传

第一步:创建工程

首先我们打开Ansys Electronics Desktop,按下图操作,在Destop栏中选择Icepak组件。

选择后则可创建Icepak仿真模块,如下图所示:

第二步:导入模型(以一个简易的QFN封装模型为例)

鼠标选择Modeler,在下拉菜单中选择Import导入提前建立好的封装模型。

导入后则可在模型树下看到已导入的各部件

因Icepak中已植入了JEDEC Rja的仿真模型,因此直接导入即可,无需单独建模;左击Icepak-->Toolkit-->Modeling-->IC Package-->JEDEC

选择后会出现Rja热阻模型设置对话框,对流方式选择自然对流,PCB板选择2S2P 4层板,环境温度设置为25℃,然后点击Accept系统则会自动建模。

建模完成后模型树下则出现JEDEC Group组件

第三步:为模型附材料

因软件已经为JECEC模型设置好材料类型,因此只需为封装模型设置材料即可。在模型树下双击"DIE",在弹出的模型对话框中点击Material,在其下拉菜单中选择Edit

在Material对话框中选择对应的材料,然后点击确定。本例DIE选择的材料为硅(silicon)

选中后在模型对话框中Material一栏则会显示该材料名称。按同样方法,为其他组件添加材料信息,本例中EMC材料选择为"Epoxy-Resin-JSME",Lead Frame材料选择为"Copper"

第四步:添加热源

在模型树下选择"DIE"-->右击选中"Assign Themal"-->"Block",在弹出的对话框中设置仿真功耗为1W。

设置后在工程树"Themal"下可显示出已添加热源

第五步:设置仿真条件

求解模式设置为稳态求解,传热类型选择温度和对流

设置环境温度及重力方向

在模型树下按照下图进行求解设置

第六步:设置网格

总体网格设置:选择Simulation-->Global Mesh Setting,在弹出的对话框中按下图参数设置

局部网格加密:因JEDEC Rja热阻模型尺寸远大于封装芯片尺寸,因此需对封装芯片以及与其接触的JEDEC_Board板进行网格加密。

1. 封装芯片网格加密

选中封装芯片-->右击工程树下Mesh-->在下拉菜单中选择计算区域

在弹出对话框中按如下参数设置

确认后可在工程树下显示该网格计算区域

注意:Icepak中,网格计算区域边界与模型表面贴合的部分,在模型表面是无法生产网格的。而用该方法生成的网格计算区域边界默认与选中模型外表面贴合,因此需将计算区域扩大。

网格计算区域在模型树下"Non Model"中,设置方法如下图所示

设置好后可以看到显示为红色线条的计算区域已完全包含封装芯片,且边界处不存在任何重叠

2. JEDEC_Board网格加密

这里采用第二种网格加密方法(网友也可尝试使用上述第一种网格加密方法)

选中JEDEC_Borad模型-->右击工程树下"MeshOperation"-->选择"Assign Mesh Operation"-->在弹出的对话框中设置网格加密等级

网格设置好后点击"Generate Mesh"软件开始自动划分网格

计算完成后软件会自动弹出"Mesh Viewer"对话框,在该对话框可对选中组件进行网格检查,主要看表面网格是否贴体,整体网格模型是否失真

第七步:计算求解

单击"Validate"进行设计检查

在弹出的对话框中可以看到每一项为绿色√则仿真环境设置OK

单机"Analyze All"开始进行仿真

可在软件右下角看到仿真进度

也可在工程树下右击"Results",单机"Solution Data"查看求解收敛情况

仿真完成后则会在消息管理窗口显示仿真完成提示

第八步:结果查询

按下图操作步骤查看温度云图

在弹出的对话框中选择"Tempreature"后点击"Done"

确认后软件自动生成温度云图,如下所示:

芯片结温为93.7℃,环境温度为25℃,因此仿真所得封装热阻

Rja=(93.7-25)℃/(1W)=68.7℃/W

(声明:本文仅通过简单案例介绍AEDT平台下封装热阻Rja仿真流程,过程因网格划分未进行详细检查,以及所选封装材料差异,该结果不作为QFN3*3封装Rja热阻参考)

集成电路封装设计
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