IC封装中Flotherm提供的其他建模方法

上一篇文章我们介绍了IC封装建模的分类以及如何在Simcenter Flotherm中实现不同精度的手动建模，接下来我们来了解一下Flotherm提供的其他建模方法。

03Flotherm PACK 与 Package Creator

3.1

Flotherm PACKFlotherm PACK是第一个符合JEDEC标准的在线IC封装数据库，提供三十余种IC封装和换热器模板，用户根据设置向导，只需要点击几次鼠标就可以参数化指定封装设计，按照一般流程需要几天时间才能构建完成的封装热阻模型，可以在几分钟时间内完成。用户也可以自行修改芯片、导热胶、引脚/焊球等任何部件的尺寸及材料性质。

Flotherm PACK可以自动创建2R和DELPHI模型两种CTM，以下图所示的TSOP封装为例，自动生成对应节点的热阻值，DELPHI模型还给出了与DTM之间的结温误差。CTM能够以Compact Component或Network Assembly的格式下载并导入Flotherm直接使用。

类似地，Flotherm也可以自动生成该TSOP的DTM，包括初步的网格划分，如下图所示，可以直接导入Flotherm中进行仿真计算。Flotherm PACK还是一个双向的封装数据库平台，若用户在仿真和设计过程中对封装进行了一些修改，可以将修改后的模型上传回去，并生成对应的CTM，简化该封装的建模。用户可以建立专属的模型数据库，为后续设计和仿真任务中的信息重用提供了便利。

Flotherm PACK还提供封装板级测试建模，同样根据向导，用户可以在封装DTM的基础上生成PCB板模型，定义其材料组成和热学性质，并下载导入Flotherm进行测试仿真分析，帮助用户提高IC封装仿真测试的工作效率。

3.2

Package CreatorPackage Creator是为Simcenter Flotherm XT用户免费提供的客户端IC封装建模数据库，与Flotherm PACK类似，Package Creator也提供了大量符合JEDEC标准的封装模板和建模向导如下：

Package Creator的模板类型更为丰富，但目前只支持创建封装的DTM模型和2R模型。如下图的QFN，该模型可以以XTXMLA格式直接导入Flotherm XT或FloEFD。

Model Caliabration是Simcenter Flotherm、Flotherm XT和FloEFD提供的，通过封装的结构函数分析热流通路，以T3STER瞬态热分析系统测量结果为基准，对封装数值模型进行参数校准的功能。

我们知道，对封装进行仿真建模时，有些参数若没有供应商提供的数据，是很难确定其准确值的，比如说芯片的有效发热面积、Die Attach的实际厚度等等。事实上，即使是供应商提供的数据，也可能存在缺失或模糊。另外，即使是相同批次的封装，填充附着表面之间微小间隙的导热界面材料（TIM）层也可能会显示出很大的差异。这些不确定因素影响了封装仿真建模的准确性，尤其是当系统功耗或环境边界条件经历瞬态变化时，重复的瞬态热可能会在封装的材料界面处产生剪切应力，导致分层/撕裂，引起热阻的变化，甚至带来热失效的严重后果。故而我们更需要一个能够准确表征封装热传递路径的模型，用于高精度的热设计。

如何准确地表征封装热传递路径？可以用结构函数。当仿真模型的结构函数与实验测量得到的结构函数一致时，我们就可以认为仿真模型具有与实际封装一样的传热性质。在任意功耗工况下，仿真模型与实际封装具有一致的三维温度场和瞬态热特性。关于结构函数和T3STER测量系统的原理，可以点击文末“阅读原文”阅读更详细的介绍，这里不做过多展开。Flotherm提供了目前市面上唯一的热仿真与热测试相结合的模型校准技术，原理即通过调整IC模型中的设计参数改变仿真模型结构函数，去贴合实验测量获得的结构函数曲线，本质上是一个参数优化的过程。Flotherm内嵌的设计优化模块Command Center为这个过程提供了便捷的工具。用户可以一键导入T3STER测量的结构函数，直观地与Flotherm模型的结构函数进行对比，如下图所示：

可以一键校核实验与Flotherm 仿真的边界条件是否一致；可以很方便地选择并自定义需要校准的参数及其范围。用户不需要拥有优化算法相关的专业知识，只要定义DoE试验次数，Flotherm就可以自动生成设计、迭代循环并给出最终的校准结果及精度，如下图。经校准的Flotherm模型结构函数精度可以超过99%。用户还可以对结构函数进行更有针对性的分段校准，或者校准多条热通路。

05总结

Simcenter Flotherm是西门子工业软件提供的专门针对电子散热开发的热仿真工具。为了方便热设计工程师更快、更准确地进行散热分析和设计，Flotherm提供了多粒度、多精度的多种IC封装建模方法，以及独特的仿真-测试相结合的模型校准功能。工程师在设计的不同阶段可以根据需求选择最合适的方法，达到仿真设计结果和时间成本的最优平衡。

责任编辑：haq