PCB电热耦合分析及对电子设备的影响

1、PCB电热耦合分析及对电子设备的影响PCB可靠性真实世界操作条件 = 多物理环境 热分析热应力分析结构可靠性设计迭代电源和型号完整性分析电阻损耗温度温度热可靠性电可靠性多物理工作流程总结热应力分析(形变)YesNoMax(|DT|)goal?热收敛热分析(工作温度)电气直流分析(传导损耗)输入自动化收敛SIwave-DC 与Icepak 耦合 全自动SIwave-DCSetup File (optional)Board Layout FileHeat Sources File(optional)Thermal ConvergenceIcepak ThermalYesNoMax(|DT|)goa

2、l?Temperature Profile统一接口的端到端自动流程直流分析SIwave DC 直流分析(传导损耗)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专门用来预测封装和电路板上直流电源供电问题求解器使用独特的自适应网格细化技术来确保高精度结果，对包含铜皮、走线、过孔、键合丝、焊球和凸点等电子设计元素的芯片、封

4、装和电路板进行准确预测。生成如下分析结果电源和地网络上的直流电压跌落（V）电源和回流路径上的直流电流密度分布 (Amps/Area2) 流进流出过孔的电流量功率密度分布(W/Area2)和每层功耗(Watts)与Icepak双向耦合分析焦耳热引起的热损耗生成.html报告自动判别用户预先定义的pass/fail判据SIwave DC 直流求解器自适应网格细化1 Adaptive Pass3 Adaptive Passes10 Adaptive Passes20 Adaptive Passes直流分析向导Initial Pass直流分析结果和解析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进行IR-Drop分析Voltage Drop

6、Power Supply to Active DevicesPower Loss Along Specific NetsPower Loss: All Geometry直流分析结果和解析电流密度分布矢量直流路径电阻温度分布电源地网络上跌落的电压1.2m0.99m0.96m1.3mSIwave DC自动生成报告全自动报告:设置电压/电流限制HTML or PDF格式生成逐层结果直流电源树(信号流)Need to Update SFG Picture在SIwave中进行焦耳热和温度分析使用Icepak求解器:焦耳热传导分析强制对流（风扇）分析空气沿平行或垂直于PCB板方向自然对流分析可包括简化机箱

7、设置有源器件功率可以打开Icepak界面并在其中进行更详细分析SIwave热解决方案：使用Icepak求解器SIwave界面中的Icepak设置PCB多物理仿真评估PCB的直流、热和热结构性能电热力多物理耦合分析确定PCB可靠性案例（Icepak中详细设计）PCB和器件直流电源网络确定电源模块是否为所有有源器件提供合适的直流电压通过直流电流密度快速确认电流堵塞和大电流过孔输出焦耳热到ANSYS Icepak使用SIwave做DC-Drop分析DC-Drop仿真得到电流密度、电压和功耗分布Icepak中PCB设置PCB包含走线和过孔信息的PCB导入到IcepakSIwave-Icepak耦合指定

8、SIwave目录指定PCB周围环境边界条件 (热交换系数 or 温度)运行Icepak，并且输出温度分布给SIwave设置导入的功率映射源的过滤条件设置温度相关（双向耦合）（R17.1此宏设置内容会有变化，更为合理和方便）来自SIwave的功率映射对于来自SIwave的每个功率映射单独生成2D源SIwave-DC with Icepak ThermalSIwave-DC板材和层叠版图文件设置文件(可选l)电压和电流源网格设置Icepak Thermal板, 走线, 器件版图版图文件问题设置结构设置, 网格设置材料, 边界条件, 器件功率功耗温度Thermal ConvergencePCI Gr

9、aphics card 热影响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将体温度场传递给Mechanical做热应力仿真在Workbench环境中进行体温度分布映射使用Mechanical做热应力分析Icepak热仿真结果Mechanical中导入的温度分布结构仿真提供PCB结构可靠性信息评估PCB热变形和应力评估温度循环下板上焊点的热疲劳插入或紧固时产生的焊点应力跌落测试需求的冲击加载使用Mechanical进行热应力仿真ANSYS Mechanical得到变形