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电流密度分析和电热协同分析
PowerDC-Themal热分析模块中,工具会自动将电流强度作为热传导分析的输入条件,或将温度变化作为直流压降分析的输入条件,反复叠代直至收敛。Sigrity提供的电热共同设计的技术流程,是全世界第一套紧密结合且自动化的单一电热共同设计软件,以协助封装和PCB工程师有效的满足电子封装和PCB日益严格的电性能和热性能要求。


PCB温度变化会改变材料的电阻分布,因而改变PCB中的电流与电压分布。如下图所示,如果不考虑PCB上温度的变化,则电流密度实际可能增大20%以上。增大温度将减小电导率,从而增大直流压降。在室温下进行直流分析,将使直流压降被低估。没有电热混合仿真功能的直流分析工具只能分析均匀温度下的压降变化,因此一些极端情况如80度时,压降将被高估。
由于电流集中而产生的高温甚至可以导致PCB板过热以致冒烟或起火。虽然IPC 提供一套根据电流强度手算基板最高温的计算方法,但此简化的计算方法过于粗慥,往往导致不安全或过于昂贵的设计。使用一套自动化的电热共同设计软件可精准掌控此悠关安全的设计要求。
PCB中的第一个主要热源是焦尔热源,可以根据三维空间的电流分布推导出具体对温度的贡献,如下图:

PCB中的第二个主要热源是元件热损耗,晶片内电流动态运作产生之热会因位置不同而有所变化。
电热共同设计的模型需能分辨PCB板内布线密度的不同对温度带来的影响,如下图:
IR DROP仿真
根据负载芯片电流消耗情况,观测电源平面各点的DC压降情况,以及电流密度是否超出铜皮的在流能力等,网络的详细分析图如下
对于5V输入电源,平面DC电压分布图
2013-05-19_230235
平面电流密度分析图:

说明:在上图蓝色部分位电压的最小值,红色部分为电压的最大值,由图可知,+5VIN电源网络的最小平面电压为4.91868V,满足要求V>=4.75V。平面最大的电流密度为231A/mm2

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