При тепловом моделировании ПП, содержащих корпуса BGA, возникает необходимость учитывать специфические выводы таких корпусов. Воздушная прослойка, существующая между BGA корпусом и поверхностью ПП, ухудшает перенос тепла от микросхемы к плате. Чтобы учесть данный эффект, производители микросхем обычно приводят данные Jc (тепловое сопротивление кристалл - корпус ИС) и Jb (тепловое сопротивление корпус ИС - ПП) для своих корпусов. Но, что делать, если такие данные отсутствуют?
Модуль PowerDC пакета Cadence Sigrity 2018 предоставляет возможность моделирования шариков припоя и учета их влияния на общую картину нагрева корпуса.
На рисунке изображена микросхема BGA с шариками, которые будут учтены при тепловом моделировании.
Корпус микросхемы представляется, как однородное тело прямоугольной формы с заданной пользователем высотой. Материал и его свойства так же задается пользователем.
Хочется отметить, что влияние шариков можно видеть на поверхности корпуса в форме тепловых кругов с большей температурой, чем остальной корпус. В то время, как ситуация на нижней стороне корпуса противоположная - места крепления шариков холоднее чем корпус.
Нелогичность результатов легко объяснить, если визуализировать тепловые потоки.
Легко видеть, что в местах крепления шариков к корпусу образуются "тепловые трубы", куда тепло может стекать более легко. Естественно, что данная область будет нагреваться больше относительно остального материала.
В нижней части тепло стекает по шарикам в тело ПП.
Настройка проекта и проведение симуляции как всегда занимают несколько минут. :)