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某芯片封装的散热分析

案例概括


本项目通过对某芯片封装设备进行建模和仿真分析,从而得到在不同环境温度下,该设备的温度分布情况。仿真分多种工况进行,主要考虑了不同的CPU工作状态以及环境温度,散热方式主要以自然对流和热管散热为主。通过仿真,计算得到了CPU最高温度、设备平均温度、散热片温度、外壳温度等,从而对该芯片热设计情况提供数据参考。

项目挑战


1.与温度相关的发热功率如何给定;
2.瞬态仿真中的时间步长;
3.接触热阻的确定;
4.自然对流散热中的模型选择;
5.薄壁结构的简化以及网格划分方法;
6.多层嵌套封闭空间的自然对流计算。

解决方案


本案例首先对该芯片封装的进行了模型的修复与简化,随后建立了包含流体和固体的计算区域,并有针对性的划分了共节点的网格。为了减少网格数量,提高工作效率,该案例采用了混合网格的处理方法,对部分规整的区域划分六面体网格,其他区域划分四面体网格。在CFD分析中,我们按照不同的工况要求计算了多个仿真的算例。主要包括自然对流散热,内部包含风扇的散热,热管与金属翅片散热,金属外壳散热等方法。其中,部分计算通过瞬态仿真来完成,从而可以了解到芯片在工作过程中的温度分布随时间的变化情况。最后,针对不同材料间可能包含的接触热阻问题也进行了一些仿真和探索。

用户价值


通过该案例的仿真计算,用户了解到CAE仿真能够对其产品的设计方案提供哪些帮助。同时,也在没有生产样机的情况下对某些设计的方案进行了初步的排查,并排除了其中的一部分性能较差的设计方案。同时,客户还通过该案例的仿真了解倒了芯片封装散热的基本工作流程和操作重点,为后续客户自行开展芯片仿真工作,提供有效的指导和帮助。