24—Celsius Thermal Solver

最新推荐文章于 2025-05-22 20:24:53 发布

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Celsius Thermal Solver

1. 介绍

Cadence Celsius Thermal Solver是第一款为电气、机械工程师设计的热学分析技术。电气工程师可以扩展电源完整性分析，并包含快速、准确和易于使用的热学仿真，而机械工程师可以扩展其现有的热学分析方法，包括由电-热交互作用产生的真实热源。

2. 产品特征

Celsius Thermal Solver环境下使热学分析的各个方面能够快速准确地识别IC封装、PCB和电子系统中的热学问题。其采用了创新的大规模并行求解器技术，使仿真速度比传统热仿真器快10倍，大大减少了内存的使用。Celsius Thermal Solver包含一个强大的有限元分析（FEA）场求解器，用于分析复杂固体结构中的瞬态和稳态以及热传导，并利用计算流体动力学（CFD）引擎进行对流和辐射传热分析。

电-热协同仿真是为了准确地模拟相关的电-热效应。一体化的环境下还包括Cadence Sigrity 3D Work- bench的功能——机械3D CAD图形用户界面（GUI），用于创建、编辑和导入3D设计，并结合高级自适应网格划分功能。针对布局前设计和布局后验证，Celsius Thermal Solver帮助用户能够快速开发其产品的热管理系统，并识别出电子系统中主要现场故障风险中的热点和热应力相关问题。

图 1 Celsius Thermal Solver图像界面

3. 产品优势

避免成本高昂的实施、工程延误、产品迭代和现场故障
帮助电气工程师在设计阶段早期进行热学仿真，避免机械工程团队在后期设计进行迭代
提高电气、机械工程团队之间的沟通效率
为芯片、封装、PCB和电子系统提供决定性的热学分析能力
通过热仿真提供近似线性的提高速度和内存减少，加快产品开发速度
通过使用实际电源配置文件对产品进行快速准确的瞬态仿真，提高产品可靠性
定位温度热点，以避免故障风险
识别因热膨胀系数不同的固体材料中的热应力和应变而产生的潜在可靠性问题
使用瞬态电热协同模拟避免设计重新旋转，以准确识别 3D组件中的温度和电流密度问题，如封装、键合线、连接器以及连接器到PCB的过渡
使用3D Workbench的参数化和用户定义的方程表达式，通过假设分析改进产品设计，从而轻松编辑、修改和优化机械结构

4. 产品功能

4.1 大规模并行计算求解器

在进行计算模拟时，传统的大型结构要么被大大简化，要么被切割成更小的结构，以便使用最大和最强大的计算资源进行分析。相反，Celsius Thermal solver中配备的大规模并行计算解算器是从头设计的，通过并行化三维结构求解所需的数学任务来利用多核计算资源。

这种业界领先的并行化技术确保网格和物理结构可以在尽可能多的计算机、计算机配置和内核之间进行分区和并行。求解所需的时间可根据计算机内核的数量进行调整。如果用户可以将计算机内核的数量增加一倍，那么性能也将几乎增加—倍。此外，随着计算机内核数量的增加，每台计算机用于计算的内存使用量也相应地降低。

4.2 三维有限元分析场解算器

三维有限元分析（3D FEA）场解算器为任意3D结构提供精确的热传导分析和电气模拟，例如带有凸点或键合线的复杂封装、连接器以及连接器到PCB的过渡。强大的三维热分布分析与三维电模拟相结合，在自动化环境中进行真实的电-热协同模拟，迭代温度和电流之间的重要相互作用。这最大限度地提高了精度，并考虑了所有影响，例如在较高的工作温度下电阻会增加。这种统一的环境使得确认设计是否满足规定的温度、电压和电流密度阈值变得容易。

4.3 2.5D有限元分析场解算器

2.5D有限元分析（FEA）场解算器是快速准确地模拟三维平面分层结构中热传导的一个很好的选择，例如具有多层和互连通孔的封装和PCB。热结果，如温度、热流、电导率、熔合电流密度和平均失效时间，以二维图形显示，以快速确定问题区域。温度和热流密度的3D分布图也可通过x、y和z切片平面选项获得，以进一步了解系统的热响应。Cadence Sigrity PowerDC项目文件也可以直接导入到2.5D FEA场解算器中进行进一步分析

4.4 CFD求解器

CFD是一种强大的分析工具，用于分析系统中的流体对流、传导和辐射传热。带有底盘和通风孔开口的系统很容易在自然对流或强制对流环境中进行模拟。可以从CFD模拟中提取传热系数，并在2.5D和3D FEA现场解算器中使用，以考虑固体表面上的空气和其他流体流动效应。CFD解算器还可以将气流环境和固体界面的流体提取到热模型边界阻抗中，以进行快速热仿真。

图 2 对流和气流的建模

4.5 Sigrity 3D Workbench

Celsius Thermal Solver环境下包含一个三维机械CAD GUI，用于创建、编辑和导入用于电热分析的3D实体模型。可以从流行的MCAD格式（如ACIS、IGES和STEP）以及Cadence Allegro®和Sigrity格式引入设计数据。使用参数化和方程表达式可以轻松创建三维组件，以实现建模灵活性和仿真优化。使用3D Workbench模型清理功能，可以快速修复三维CAD几何问题和错位错误。先进的自适应网格算法使其能够自动为复杂的3D组件以及带有外壳的大型复杂电子系统生成精确的网格。