Возможности Ansys Icepack в области теплового моделирования микросхем

Космическое электронное приборостроение

цепей КЭП будет выполнен материальными металлическими шинами.

В настоящее время КЭП находится на стадии эскизного проектирования. Ожидается, что новые конструктивные решения и применение современных

материалов позволят значительно снизить массу КЭП и обеспечить его функционирование в заданных пределах в течение всего срока активного существования космического аппарата, составляющего на данный момент 15 лет.

D. V. Ivlev

JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

DESIGN OF A POWER CONDITIONING UNIT (PCU) FOR PERSPECTIVE SPACECRAFT

At present time in JSC "ISS" the new design of a power conditioning unit (PCU) for perspective spacecraft is developed. Features of new PCU design are better maintainability, higher reliability, reduced weigh, and provision for better heat transfer from high power elements.

© HBJieB fl. B., 2012

УДК 519.873

В. М. Карабан, И. О. Суслов

Научно-исследовательский институт космических технологий Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники, Россия, Томск

ВОЗМОЖНОСТИ ANSYS ICEPACK В ОБЛАСТИ ТЕПЛОВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МИКРОСХЕМ

При тепловом моделировании сложносоставных структур, в частности микросхем, актуальна задача применения таких моделей, которые позволяют обеспечить высокую точность расчета при низких временных затратах. Рядом интересных решений в этом плане обладает программный продукт Ansys Icepack (Ansys Inc). Несмотря на внушительный срок своего существования (первые версии были выпущены в 70-х годах), Icepack практически не освещался в среде отечественных расчетчиков, что до настоящего времени препятствовало его внедрению в проектирование и производство РЭА.

В среде теплового моделирования Icepack [1] обладает рядом преимуществ по сравнению с аналогичными программными продуктами [2]. В частности, наличие большого числа различного рода готовых математических моделей (микросхемы в корпусах PBGA, FBGA, CDBGA, Flip-chip, QFP, DIP) позволяет сократить временные затраты на проведение имитационного моделирования того или иного устройства. Рассмотрим тепловые модели микросхем, доступные в Icepack, и их особенности (см. таблицу).

Использование детализированных моделей (т. е. моделей, которые отражают полную геометрическую структуру исследуемого объекта: кристалл, подложка, корпус, выводы и т. д.) оправдано, если необходимо оценить тепловой режим единичной микросхемы, а не печатного узла или блока.

Для системного уровня проектирования (печатные узлы, блоки, стойки) предпочтительнее использовать

так называемые компактные модели, которые представлены следующими типами:

- блок - «кирпич», который отражает габаритные размеры объекта и его теплопроводность;

- двухрезисторная - состоит из узлов соединенных тепловыми сопротивлениями (источник-плата, источник-корпус) ;

- мультирезисторная - является усложненной версией двухрезисторной модели, в которой используются тепловые сопротивления не только источник-плата и источник-корпус, но и источник-подложка, подложка-плата, источник-компаунд и др.;

- кондуктивная (см. рисунок) - модель, в которой используются элементы с нулевой толщиной, таким образом, построение сетки ведется только на плоско -стях элемента, что существенно сокращает затраты на проведение моделирования.

Решетневскце чтения

Тепловые модели в Ansys Icepack

Тепловая модель Точность Примерный размер сетки Требования к входным данным

Детализированная Очень высокая Высокая (~10,000) Высокие: полная информация об объекте

Компактная (блок) Низкая Малый (меньше 10 ячеек) Минимальные: рассеиваемая мощность

Компактная (двухрезисторная) Низкая, при использовании в неоткалиброванных условиях Нулевой Высокие: тепловое сопротивление на пути источник-плата и источник-корпус

Компактная (мультирезисторная) Удовлетворительная Нулевой Очень высокие: топология исследуемого объекта; тепловые сопротивления внутри него

Компактная (кондуктивная) Высокая (больше данных -выше точность) Средняя (~100 ячеек) Минимальные: данные о структуре объекта; рассеиваемая мощность

Детализированная модель Кондуктивная модель

Методика получения кондуктивной модели

Применение Icepack при моделировании микросхем позволяет ускорить процесс теплового моделирования на 30 %, а также точность расчета на 15 %.

Библиографические ссылки

1. ANSYS Costumer Portal // ANSYS : сайт. URL: http://www1.ansys.com/customer/content/documentation/ 125/ans_icepack_intro.pdf (дата обращения: 25.08.2012).

2. Шалумов А. С., Малютин Н. В. Автоматизированная система АСОНИКА для проектирования высоконадежных радиоэлектронных средств на принципах CALS-технологий. Т. 1. М. : Энергоатомиздат, 2007.

V. M. Karaban, I. O. Suslov

Research Institute of Space Technology Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Russia, Tomsk

ANSYS ICEPACK POSSIBILITY OF THERMAL MODELING PACKAGES

In thermal modeling of compound structures, in chips particularly the urgent problem is application of such models, which allow high precision calculation at the minimum time and low cost. Some interesting decisions in this regard have been demonstrated by the software Ansys Icepack (Ansys Inc). Despite the impressive period of the software's existence (the first version was released in the 70's), Icepack has not been covered by the local media estimator to full extent until now, that prevented its application to the design and production of CEA.

© Карабан В. М., Суслов И. О. 2012