了解集成電路（無論是微控制器、FPGA 還是處理器）的熱性能對(duì)于避免可能導(dǎo)致電路故障的過熱一直至關(guān)重要。電子系統(tǒng)的小型化和產(chǎn)生大量熱量的元件（如 LED）的擴(kuò)散，使得熱分析作為保證產(chǎn)品良好功能和可靠性的工具越來越重要。

然而不幸的是，電子行業(yè)似乎還沒有為這一新挑戰(zhàn)做好充分準(zhǔn)備：事實(shí)上，組件制造商經(jīng)常提供非常稀少的有關(guān)其設(shè)備熱行為的信息，有時(shí)將自己局限于簡(jiǎn)單的總體耗散事實(shí)，以瓦特。在這一切中，軟件解決方案允許在熱級(jí)別解決設(shè)計(jì)問題以提高性能。

Cadence 攝氏度熱解算器基于經(jīng)過高并行度測(cè)試的架構(gòu)，在不犧牲精度的情況下提供比上一代解決方案快 10 倍的性能，它與用于 IC、封裝和 PCB 的 Cadence 實(shí)施平臺(tái)集成。這允許執(zhí)行系統(tǒng)分析以在過程的早期檢測(cè)和緩解熱問題。Cadence 表示，其攝氏熱解算器是第一個(gè)完整的電熱協(xié)同仿真解決方案，適用于從集成電路到物理容器的整個(gè)電子系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)。

熱性能
使用 3D 封裝的公司尤其面臨著巨大的熱挑戰(zhàn)，否則這些挑戰(zhàn)可能要到設(shè)計(jì)階段的最后階段才能發(fā)現(xiàn)，此時(shí)進(jìn)行更改的成本最高。

這使得熱管理在封裝選擇期間至關(guān)重要，以確保產(chǎn)品的高可靠性。良好的熱評(píng)估需要結(jié)合分析計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)分析和熱建模。問題是要確定所討論的集成電路在高溫下是否可靠。如果沒有特定的分析方法，就不可能提供可靠的答案。在 DC 模式操作中，很多時(shí)候必須分析一些參數(shù)，例如 θ _JA熱阻和 θ _JC結(jié)溫。第一個(gè)參數(shù)可以定義為熱導(dǎo)率的倒數(shù)，決定了紡織材料的隔熱性能。第二個(gè)，結(jié)溫，是半導(dǎo)體中的一個(gè)重要因素，與功耗直接相關(guān)。

熱工具
用于正確熱管理的主要技術(shù)可概括如下： 復(fù)合材料通常是熱管理組（散熱器）中的主要熱交換器；工程師和系統(tǒng)設(shè)計(jì)師用于測(cè)試、設(shè)計(jì)和分析熱組件生產(chǎn)率的設(shè)計(jì)、建模和分析工具；用于封裝電子產(chǎn)品的基板材料。

設(shè)計(jì)軟件允許通過模型和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)執(zhí)行熱分析，以管理組件和各種接頭的氣流和溫度。

Cadence 提出的解決方案結(jié)合了固體結(jié)構(gòu)的有限元分析 (FEA) 技術(shù)和流體的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD)，允許使用單個(gè)儀器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面評(píng)估。將Celsius Thermal Solver 與Voltus IC Power Integrity 和Sigrity 技術(shù)一起用于PCB 和IC 封裝時(shí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以結(jié)合電氣和熱分析并模擬電流和熱流，獲得比上一代工具更準(zhǔn)確的系統(tǒng)級(jí)熱模擬。

熱管理領(lǐng)域的趨勢(shì)與半導(dǎo)體、微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展保持一致。開發(fā)是不斷設(shè)計(jì)的解決方案協(xié)同作用的結(jié)果，以管理當(dāng)今電子系統(tǒng)中的過熱。

“正如我們所知，電氣性能取決于熱分布。例如，設(shè)備內(nèi)的電阻和功率泄漏取決于溫度。而且溫度也會(huì)影響設(shè)備的功能和可靠性。另一方面，熱分布將取決于電氣性能。焦耳加熱會(huì)在系統(tǒng)中引入額外的熱源，而糟糕的設(shè)計(jì)可能會(huì)在走線內(nèi)產(chǎn)生高電流浪涌，從而引入不利的熱點(diǎn)。為了更好的設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮這些參數(shù)很重要，這就是我們求解器的精髓，”Cadence 多域系統(tǒng)分析業(yè)務(wù)部產(chǎn)品管理總監(jiān) CT Kao 說。

例如，電子工業(yè)中對(duì)高速和高性能的探索導(dǎo)致了三維 (3D) 集成電路的發(fā)展。3D 技術(shù)允許封裝中微處理器組件的垂直互連；這轉(zhuǎn)化為多芯片模塊 (MCM)、系統(tǒng)級(jí)封裝 (SiP)、系統(tǒng)級(jí)封裝 (SOP) 和層疊封裝配置 (POP)。3D 處理器結(jié)構(gòu)緊湊，互連更短。這提高了內(nèi)存訪問帶寬并減少了耗散能級(jí)的互連。此外，它將異基因技術(shù)集成在一個(gè)包裝中，以縮短上市時(shí)間并使其在經(jīng)濟(jì)上可行。

然而，3D 會(huì)產(chǎn)生高熱阻，時(shí)空功耗不均勻會(huì)導(dǎo)致熱點(diǎn)、高溫梯度和熱應(yīng)力等熱問題；這需要適用于 3D 微處理器的散熱解決方案，包括液冷微通道散熱器 (MHS)、TSV（硅通孔）、熱材料界面 (TIM) 和風(fēng)冷散熱器 (AHS)。硅通孔 (TSV) 被認(rèn)為是降低 3D IC 溫度的有效手段，代表了一種高性能互連技術(shù)，首次用于 CMOS 圖像傳感器。

攝氏熱解算器根據(jù)先進(jìn) 3D 結(jié)構(gòu)中的實(shí)際電能流動(dòng)執(zhí)行靜態(tài)（靜止）和動(dòng)態(tài)（瞬態(tài)）電熱模擬，最大限度地了解真實(shí)系統(tǒng)的行為。

“我們已經(jīng)確定了三種方法來解決工程師在設(shè)計(jì)中遇到的熱分析挑戰(zhàn)：以 IC 為中心、以封裝和 PCB 為中心以及以系統(tǒng)為中心。以 IC 為中心的方法可以對(duì)復(fù)雜的芯片級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行電熱協(xié)同仿真，包括 3D-IC、裸片到裸片鍵合和硅通孔。功率輸入可以是用戶指定的或從在芯片上生成準(zhǔn)確功率分布的芯片設(shè)計(jì)工具導(dǎo)入。對(duì)于以封裝和 PCB 為中心的應(yīng)用，我們集成了有限元分析和 CFD，對(duì)真正的 3D 結(jié)構(gòu)和 2D 分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析。對(duì)于更大的以系統(tǒng)為中心的方法，有限元分析和 CFD 的集成再次用于執(zhí)行瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析。

通過允許電子設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)及早分析熱問題并共享熱分析的屬性，Celsius Thermal Solver減少了設(shè)計(jì)階段的變化，并實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)解決方案無法實(shí)現(xiàn)的新評(píng)估和設(shè)計(jì)見解。此外，Celsius Thermal Solver 精確模擬大型系統(tǒng)，其詳細(xì)程度允許評(píng)估任何感興趣的元素，提供了第一個(gè)能夠?qū)?IC（及其配電）等小型結(jié)構(gòu)和底盤等大型結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模的解決方案。

熱管理為適當(dāng)?shù)臒峥刂频於嘶A(chǔ)，這可能會(huì)限制芯片和其他微電子元件的性能，從而降低成本和環(huán)境方面的可靠性。由于微電子技術(shù)的日益普及以及在日益復(fù)雜的情況下對(duì)可靠性的需求增加，熱管理在 LED 照明等工業(yè)領(lǐng)域變得非常重要。通過高效分析改進(jìn)熱管理可確保電子設(shè)備具有良好的散熱能力，同時(shí)處理能力越來越強(qiáng)，結(jié)構(gòu)越來越緊湊。