上一篇文章我們介紹了IC封裝建模的分類以及如何在Simcenter Flotherm中實現(xiàn)不同精度的手動建模，接下來我們來了解一下Flotherm提供的其他建模方法。

03Flotherm PACK 與 Package Creator

3.1

Flotherm PACKFlotherm PACK是第一個符合JEDEC標準的在線IC封裝數(shù)據(jù)庫，提供三十余種IC封裝和換熱器模板，用戶根據(jù)設置向?qū)В恍枰c擊幾次鼠標就可以參數(shù)化指定封裝設計，按照一般流程需要幾天時間才能構建完成的封裝熱阻模型，可以在幾分鐘時間內(nèi)完成。用戶也可以自行修改芯片、導熱膠、引腳/焊球等任何部件的尺寸及材料性質(zhì)。

Flotherm PACK可以自動創(chuàng)建2R和DELPHI模型兩種CTM，以下圖所示的TSOP封裝為例，自動生成對應節(jié)點的熱阻值，DELPHI模型還給出了與DTM之間的結溫誤差。CTM能夠以Compact Component或Network Assembly的格式下載并導入Flotherm直接使用。

類似地，F(xiàn)lotherm也可以自動生成該TSOP的DTM，包括初步的網(wǎng)格劃分，如下圖所示，可以直接導入Flotherm中進行仿真計算。Flotherm PACK還是一個雙向的封裝數(shù)據(jù)庫平臺，若用戶在仿真和設計過程中對封裝進行了一些修改，可以將修改后的模型上傳回去，并生成對應的CTM，簡化該封裝的建模。用戶可以建立專屬的模型數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)設計和仿真任務中的信息重用提供了便利。

Flotherm PACK還提供封裝板級測試建模，同樣根據(jù)向?qū)В脩艨梢栽诜庋bDTM的基礎上生成PCB板模型，定義其材料組成和熱學性質(zhì)，并下載導入Flotherm進行測試仿真分析，幫助用戶提高IC封裝仿真測試的工作效率。

3.2

Package CreatorPackage Creator是為Simcenter Flotherm XT用戶免費提供的客戶端IC封裝建模數(shù)據(jù)庫，與Flotherm PACK類似，Package Creator也提供了大量符合JEDEC標準的封裝模板和建模向?qū)缦拢?/p>

Package Creator的模板類型更為豐富，但目前只支持創(chuàng)建封裝的DTM模型和2R模型。如下圖的QFN，該模型可以以XTXMLA格式直接導入Flotherm XT或FloEFD。

Model Caliabration是Simcenter Flotherm、Flotherm XT和FloEFD提供的，通過封裝的結構函數(shù)分析熱流通路，以T3STER瞬態(tài)熱分析系統(tǒng)測量結果為基準，對封裝數(shù)值模型進行參數(shù)校準的功能。

我們知道，對封裝進行仿真建模時，有些參數(shù)若沒有供應商提供的數(shù)據(jù)，是很難確定其準確值的，比如說芯片的有效發(fā)熱面積、Die Attach的實際厚度等等。事實上，即使是供應商提供的數(shù)據(jù)，也可能存在缺失或模糊。另外，即使是相同批次的封裝，填充附著表面之間微小間隙的導熱界面材料（TIM）層也可能會顯示出很大的差異。這些不確定因素影響了封裝仿真建模的準確性，尤其是當系統(tǒng)功耗或環(huán)境邊界條件經(jīng)歷瞬態(tài)變化時，重復的瞬態(tài)熱可能會在封裝的材料界面處產(chǎn)生剪切應力，導致分層/撕裂，引起熱阻的變化，甚至帶來熱失效的嚴重后果。故而我們更需要一個能夠準確表征封裝熱傳遞路徑的模型，用于高精度的熱設計。

如何準確地表征封裝熱傳遞路徑？可以用結構函數(shù)。當仿真模型的結構函數(shù)與實驗測量得到的結構函數(shù)一致時，我們就可以認為仿真模型具有與實際封裝一樣的傳熱性質(zhì)。在任意功耗工況下，仿真模型與實際封裝具有一致的三維溫度場和瞬態(tài)熱特性。關于結構函數(shù)和T3STER測量系統(tǒng)的原理，可以點擊文末“閱讀原文”閱讀更詳細的介紹，這里不做過多展開。Flotherm提供了目前市面上唯一的熱仿真與熱測試相結合的模型校準技術，原理即通過調(diào)整IC模型中的設計參數(shù)改變仿真模型結構函數(shù)，去貼合實驗測量獲得的結構函數(shù)曲線，本質(zhì)上是一個參數(shù)優(yōu)化的過程。Flotherm內(nèi)嵌的設計優(yōu)化模塊Command Center為這個過程提供了便捷的工具。用戶可以一鍵導入T3STER測量的結構函數(shù)，直觀地與Flotherm模型的結構函數(shù)進行對比，如下圖所示：

可以一鍵校核實驗與Flotherm 仿真的邊界條件是否一致；可以很方便地選擇并自定義需要校準的參數(shù)及其范圍。用戶不需要擁有優(yōu)化算法相關的專業(yè)知識，只要定義DoE試驗次數(shù)，F(xiàn)lotherm就可以自動生成設計、迭代循環(huán)并給出最終的校準結果及精度，如下圖。經(jīng)校準的Flotherm模型結構函數(shù)精度可以超過99%。用戶還可以對結構函數(shù)進行更有針對性的分段校準，或者校準多條熱通路。

05總結

Simcenter Flotherm是西門子工業(yè)軟件提供的專門針對電子散熱開發(fā)的熱仿真工具。為了方便熱設計工程師更快、更準確地進行散熱分析和設計，F(xiàn)lotherm提供了多粒度、多精度的多種IC封裝建模方法，以及獨特的仿真-測試相結合的模型校準功能。工程師在設計的不同階段可以根據(jù)需求選擇最合適的方法，達到仿真設計結果和時間成本的最優(yōu)平衡。

責任編輯：haq