用于对设备进行建模和制造的方法与流程

本公开涉及用于对设备进行建模和制造的方法，特别是用于对电子设备和周围介质的热环境进行建模的方法。

背景技术：

1、近几十年来，电子设备的复杂性已急剧增加。例如，对更高性能消费电子设备的需求推动了这一趋势。现代智能手机包括各种支持多种功能的电子部件，包括多个处理器核心、内存、存储设备、显示器、电池、传感器、摄像头设备、音频部件、生物识别部件和无线通信部件。

2、在封闭空间内的单个pcb上包含如此多的互连部件引起了制造商和设计者的诸多担忧。诸如智能手机的设备表现出复杂的热行为，这可能会影响设备的性能和安全性。例如，过热可能会导致设备变慢，导致部件发生故障，并且在最坏的情况下会导致设备故障。因此，制造商采用热建模技术来模拟其设备的热操作环境。

3、计算流体动力学(cfd)建模技术可用于提供系统或设备的热操作环境的详细热模型。cfd模型使用数值方法来求解描述特定域或几何形状中流体行为的方程。在cfd模型中，域被离散化为小体积网格或网格单元。这些方程在每个网格单元中迭代求解，同时考虑每个时间点处的流体属性，比如速度、压力、温度和密度。该模型计算当流体随时间流过域时这些属性如何变化。cfd模型提供对整个域的热行为的准确预测。不幸的是，此类模型在计算上是昂贵的。

4、制造供应链中还出现了另一个问题。生产集成电路(ic)的oem不想透露其ic设计的内部结构。如果供应链下游的公司想要对包含这些ic之一的设备进行热建模，那么他们要么必须与oem签署保密协议，要么使用不透露内部芯片结构的模型。在后一种情况下，此类模型无法包含完整的cfd建模。

5、紧凑热模型(ctm)提供了集成电路的热行为的数学表示，其获取了ic的基本热特性，而没有透露底层电路的内部拓扑。ctm使设计者能够快速预测设备或系统在不同操作条件下的温升和热性能，而无需进行昂贵且耗时的物理测试。

6、紧凑热模型可根据模型是独立的还是可嵌入的来进行分类。在独立模型中，假设并规定了周围的热操作环境。相反，可嵌入模型是可以嵌入周围热操作环境的模型、比如cfd模型中的模型。ctm可以根据模型是稳态的还是动态的来进一步分类。在稳态模型中，假设边界条件是恒定且不变的。相反，动态模型可能包含不断变化的边界条件。如果模型无论热环境如何都能预测空间和时间上的温度，则该模型是边界条件独立的(bci)，其特征是传热系数(htc)和模型所在的局部环境空气温度。

7、等效热电路模型是可嵌入ctm的一种形式，其旨在使用模仿ic热行为的部件来对真实ic的热行为进行建模。两种标准化方法是双电阻(2r)和delphi模型。这些模型基于等效热电阻网络的使用。每种方法都有其优点和局限性，其中，两种方法的准确性在其创建之前都是未知的。两种模型都允许相对较短的创建时间，其中，delphi模型在派生的热电阻网络中具有更高级别的复杂性。

8、近年来，由于现代ic封装设计的复杂性增加，在单个封装内存在多个热源已变得司空见惯，这些模型已经过时了。双电阻(2r)和delphi模型均不支持在热电阻网络中存在多于一个热源。此外，这两种ctm只能用于稳态分析，而在现代电子工业中，ic的瞬态分析对于完全获取热行为和识别故障模式非常重要。此外，只有delphi模型据称是边界条件独立的(bci)，其精度与其热环境无关。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于对电子设备和周围介质的热环境进行建模的方法。

2、上述和其他目的通过独立权利要求的特征来实现。根据从属权利要求、说明书和附图，其他实施方式是明显的。

3、根据第一方面，提供了一种用于对电子设备的热环境进行建模的计算机实现的方法。该方法包括，获得包括电子设备和周围介质的三维空间区域的立体网格表示，其中，立体表示包括多个三维网格单元。该方法包括，基于网格表示和用于多个网格单元的热参数组来确定用于对空间区域的热环境进行建模的计算模型，以及评估该计算模型以确定在网格表示的每个网格单元中的热环境。该计算模型包括将电子设备的至少一个部件的边界条件独立降阶模型(bci-rom)嵌入到周围介质的模型中。

4、根据第一方面的方法使得诸如设备中的集成电路之类的热源的bci-rom能够被嵌入到诸如周围介质的cfd模型之类的热模型中。与“独立”模型相比，在传热cfd模型内原位求解bci-rom提高了bci-rom预测结果的准确性。

5、根据第二方面，提供了一种制造设备的方法，该设备包括一个或多个电子部件以及封围所述一个或多个电子部件的封装。该方法包括提供设备的热环境的计算模型、评估计算模型以确定热环境、基于评估修改设备的设计、以及基于修改后的设计制造设备。该计算模型包括将电子部件中的一个或多个电子部件的边界条件独立降阶模型(bci-rom)嵌入到封装和周围介质的热模型中。

6、根据第二方面的方法改进了电子设备的设计。特别地，基于bci-rom嵌入的建模降低了部件故障的风险。此外，该方法降低了制造电子设备的环境成本，因为减少了对过度设计设备来补偿低质量和不准确建模的需求。

7、根据第三方面，提供了一种包括代码的计算机程序，该代码在由数据处理系统执行时使数据处理系统执行根据第一方面的方法的步骤。

8、在根据第一方面的方法的第一实施方式中，周围介质的模型包括计算流体动力学(cfd)模型。

9、在第二实施方式中，bci-rom包括从热环境的计算模型导出的具有第一数量r个方程的方程组，该计算模型被表示为具有第二数量n个联立线性方程的方程组，其中，第一数量r小于第二数量n。

10、在第三实施方式中，确定计算模型包括确定在区域的每个网格单元中的热行为的模型。

11、在第四实施方式中，热行为根据温度、压力、速度和湍流的方程进行建模。

12、在第五实施方式中，温度根据以下确定：

13、

14、其中，t1包括cfd单元温度，包括bci-rom单元温度，并且m1、k1、sb1、hb1、vb2、g1和是热参数。

15、在第六实施方式中，根据第一方面的方法包括，将bci-rom单元建模为在压力、速度和湍流的方程中的绝热固体。

16、在第七实施方式中，根据第一方面的方法包括，对bci-rom与cfd模型之间的传导、对流和辐射的热交换进行建模。

17、在第八实施方式中，对辐射的热交换进行建模包括将bci-rom中的网格单元的面建模为正交各向异性材料。

18、在第九实施方式中，电子设备包括多个热源。

19、通过下面描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显。

技术特征：

1.一种用于对电子设备的热环境进行建模的计算机实现的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述周围介质的模型包括计算流体动力学(cfd)模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述bci-rom包括从所述热环境的计算模型导出的具有第一数量r个方程的方程组，所述计算模型被表示为具有第二数量n个联立线性方程的方程组，其中，所述第一数量r小于所述第二数量n。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述计算模型包括确定在所述区域的每个网格单元中的热行为的模型。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述热行为根据温度、压力、速度和湍流的方程进行建模。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述温度根据以下确定：

7.根据权利要求5所述的方法，包括将bci-rom单元建模为在压力、速度和湍流的方程中的绝热固体。

8.根据权利要求2所述的方法，包括对所述bci-rom与所述cfd模型之间的传导、对流和辐射的热交换进行建模。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，对辐射的热交换进行建模包括将所述bci-rom中的网格单元的面建模为正交各向异性材料。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电子设备包括多个热源。

11.一种用于制造设备的方法，所述设备包括一个或多个电子部件和封围所述一个或多个电子部件的封装，所述方法包括：

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述封装和所述周围介质的热模型包括计算流体动力学模型。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，修改所述设计包括修改所述一个或多个电子部件的布局、所述封装和所述周围介质中的至少一者。

14.一种包括代码的计算机程序，所述代码在被数据处理系统执行时使所述数据处理系统执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法中的任一方法的步骤。

技术总结提供了一种用于对电子设备的热环境进行建模的方法。该方法包括：获得包括电子设备和周围介质的三维空间区域的立体网格表示；基于网格表示和用于多个网格单元的热参数组来确定用于对空间区域的热环境进行建模的计算模型；以及评估该计算模型以确定在网格表示的每个网格单元中的热环境。该计算模型包括将电子设备的至少一个部件的边界条件独立降阶模型(BCI‑ROM)嵌入到周围介质的模型中。技术研发人员：刘锦,M·艾尔克奈兹,B·布莱克默,R·博诺夫,M·沃纳受保护的技术使用者：西门子工业软件有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17