热处理解决方案注意事项 - 2023.2 简体中文

Versal 自适应 SoC 开发板系统设计方法指南 (UG1506)

Document ID
UG1506
Release Date
2023-11-15
Version
2023.2 简体中文

考量设计的功耗估算时,了解热处理解决方案的效率至关重要。结温越低,设计的静态功耗就越低。

AMD 建议,如果设计支持,请使用无盖封装。无盖封装可以提供更高效的热处理解决方案,并且允许直接接触热源,而无需导热介质 (TIM) 层。AMD 有盖器件和无盖器件的处理和制造要求相同。下图对有盖器件和无盖器件的散热器应用进行了比较。

注释: 欲知详情,请访问此链接以参阅 Versal 自适应 SoC 封装和管脚分配架构手册(AM013) 中的相应内容。
散热提示: AMD 建议散热器每平方英尺 (PSI) 的磅力为 20 到 50 之间,这样可确保最大限度减小粘合层厚度 (BLT),并且还建议使用 4 孔安装以确保有盖器件和无盖器件均可实现均衡压力。如需了解有关无盖技巧的更多信息,请参阅 无盖倒装芯片封装的机械和散热设计指南(XAPP1301)
图 1. 散热器示例

AMD 还建议采用热仿真以确保裕度充足且功耗估算准确。在电源设计管理器 (PDM) 工具(从 china.xilinx.com/power 下载)中,您可控制如下热处理设置:
结温 Tj
您可采用期望的结温覆盖此设置,以与热仿真相匹配。如果不运行热仿真,请将结温设置为最差情况。
环境温度 Ta
设置最高环境温度。
有效 ΘJA
描述热处理解决方案的热效率,单位以每瓦摄氏度 (°C/W) 来计量。例如,ΘJA 为 2.1°C/W 表示,器件中每散失 1 瓦,结温就增加 2.1°C。对于 10 W 设计,这将导致结温比环境温度高 21°C。
注释: 您可使用如下公式通过热仿真来获取 ΘJA:
ΘJa = (Tj – Ta)/ PowerDissipated

下图显示了热确认的建议流程。

图 2. 建议的热确认流程

当结温达到规格范围内并且认为裕度足够时,热处理解决方案即被视为有效。

散热提示: 将功耗估算和热仿真结果添加到 Vivado 设计约束中。 您可使用以下 XDC 约束,这些约束可从 PDM 工具导出,如 Xilinx Power Estimator 用户指南(UG440) 电源设计管理器用户指南(UG1556) 中所述:
# Standard Constraints:
set_operating_conditions -process Maximum
set_operating_conditions -design_power_budget <value>
#If thermal simulation completed
set_operating_conditions -ambient_temp <value>
set_operating_conditions -thetaja <value>
#Else if no thermal simulation completed
set_operating_conditions -junction_temp <value>
散热提示:AMD Versal™ 器件系列中,-1I、-2I 和 -2E 器件全都支持温度剧增,上限为 110°C 且不得超过器件寿命的 3%。此额外裕度可允许应用短时间超过 100°C,从而可能使散热设计得以简化。如需了解更多信息,请参阅 利用温度漂移扩展热处理解决方案(WP517)