ANSYS Icepak如何對芯片ECAD進行熱仿真？

導(dǎo)讀：對于PCB或芯片熱仿真中，為精確計算熱分布，都必須考慮ECAD導(dǎo)入后的影響。實務(wù)來說，從PCB獲得ECAD走線信息較從芯片容易得多；主要是因為國內(nèi)實際設(shè)計芯片的廠商較少，相關(guān)的芯片走線信息又為高度保密，任何合作廠商基本都無法取得，這也是要做熱仿真的難點之一。

一、寫在文前

不論PCB或芯片，要進行準確熱仿真問題，基本需具備如下兩個條件：

1. ECAD Trace Layout Import (作用：計算走線傳熱影響)

2. ECAD Trace Powermap Import (作用：考慮電路熱功率)

通過ANSYS Icepak進行熱仿真時，ECAD Trace Layout Import在PCB或芯片中的方法皆同，而ECAD Trace Powermap Import則有本質(zhì)上的不同。在ANSYS架構(gòu)下可利用SIWAVE對PCB Trace進行電路功率的計算后導(dǎo)入ANSYS Icepak；而芯片Trace一般要通過EDA軟件如Cadence或ANSYS Redhawk等抽取相應(yīng)電路功率導(dǎo)入ANSYS Icepak中。

本文重點說明如何利用ANSYS Icepak導(dǎo)入ECAD布線數(shù)據(jù)，包含基于對向為芯片建立電路模型、導(dǎo)入ECAD布線及過孔信息、及導(dǎo)入芯片Trace Powermap等流程。

二、考慮ECAD布線對芯片熱模型仿真計算

ANSYS Icepak對于IC Package可輕易地通過ECAD Geometry導(dǎo)入芯片Trace。導(dǎo)入的芯片包含電路圖迭構(gòu)、每層厚度、過孔、及相應(yīng)層間材料等。利用By count或By size定義Trace的解像度。

完整的芯片Trace信息

Show metal fractions可檢閱每層走線信息，這些fractions密度主要作為表示導(dǎo)熱率的傳遞路徑。

Trace功率可通過ANSYS Redhawk CTM導(dǎo)入到ANSYS Icepak中，關(guān)鍵的區(qū)域只需要導(dǎo)Die Block即可。

CTM數(shù)據(jù)會包含所屬Die Block區(qū)域內(nèi)不同溫度的功率變化 (由ANSYS Redhawk計算出)，我們可以針對任一列數(shù)據(jù)做檢視(View)，可獲悉在Die Block內(nèi)所產(chǎn)生的熱功率；計算需將此熱功率完整導(dǎo)入ANSYS Icepak中形成Sources。Density Number可決定Powermap的細度，設(shè)置數(shù)字越高，Powermap細度越高，所將拆分出來的Sources就會很多，一般我們?nèi)?01即可。

下圖為計算的結(jié)果，從芯片ECAD計算出熱分布后，通常想知道芯片因ECAD設(shè)計的不同造成傳熱特性的差異，例如傳熱系數(shù)的發(fā)展趨勢等。

通過對芯片抽取Summary Report后獲得Heat Transfer Coefficient，可知道芯片每個面熱發(fā)展的趨勢，從云圖也能輕易看出熱點區(qū)域。

本案例重點說明了ANSYS Icepak如何對芯片ECAD進行熱仿真，包含闡述了PCB及芯片二者的差異、導(dǎo)入布線及過孔、生成ECAD熱導(dǎo)率、CTM導(dǎo)入Powermap流程等。對比相應(yīng)可獲得的計算結(jié)果，芯片熱仿真的熱分布可準確評估，后續(xù)作為設(shè)計也可得到熱發(fā)展趨勢，及工藝后段翹曲的預(yù)測等。

審核編輯：劉清