不同結(jié)構(gòu)的熱模型對(duì)應(yīng)板式散熱器管理解決方案

來源：hbaosaier.com

封裝結(jié)構(gòu)和熱模型的板式散熱器需要精確建模，并且應(yīng)當(dāng)在選擇封裝之前的熱設(shè)計(jì)中就使用元器件的三維表示，此外還介紹了雙熱阻和 DELPHI 簡(jiǎn)化熱模型。下面將更詳細(xì)地討論這些模型的預(yù)測(cè)精度。

雙熱阻模型

對(duì)于雙熱阻簡(jiǎn)化熱模型 (CTM) 是保真度最低的模型，能夠預(yù)測(cè)殼溫和結(jié)溫。使用雙熱阻模型的一個(gè)好處是，除了簡(jiǎn)單的導(dǎo)熱塊以外，它不需要任何其他網(wǎng)格，因此對(duì)仿真時(shí)間無不利影響。雖然其計(jì)算量最小，但在最壞情況下，結(jié)溫預(yù)測(cè)的誤差可能高達(dá) ±30%，而且會(huì)因封裝類型和尺寸而有所不同。

該模型所基于的結(jié)-殼熱阻和結(jié)-電路板熱阻指標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)量的。JEDEC 標(biāo)準(zhǔn) JESD15-3 要求結(jié)-電路板熱阻在具有連續(xù)電源和接地平面層的 2s2p 電路板上測(cè)量。測(cè)量結(jié)-殼熱阻時(shí)，需將封裝頂部壓在冷板上。因此，應(yīng)用條件與測(cè)試條件越接近，雙熱阻模型的預(yù)測(cè)精度就越高。對(duì)于結(jié)-殼熱阻，最接近測(cè)試環(huán)境的應(yīng)用環(huán)境是當(dāng)元器件有一個(gè)散熱器貼附整個(gè)封裝表面時(shí)。因此，雙熱阻模型可用來初步評(píng)估所需散熱器的尺寸。

雙熱阻模型的上表面是一個(gè)代表外殼的等溫節(jié)點(diǎn)，這意味著散熱器的基座是等溫的。因此，雙熱阻模型可用來確定降低散熱器空氣側(cè)熱阻所需的鰭片數(shù)量、厚度和高度，但不能確定為了充分散熱以確保傳遞到外部鰭片的熱量不會(huì)受過度限制的基座厚度。

RC 階梯模型

對(duì)于具有單一熱流路徑的封裝，如 LED 和 TO 式封裝，有一種 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)方法 [參考文獻(xiàn) 2] 可用于測(cè)量從結(jié)點(diǎn)至封裝調(diào)整片的熱流路徑的熱阻-熱容模型。注意，這種方法并不直接向封裝的裸露上表面提供熱阻。然而，如果能通過某種方式估算該熱阻，那么就可以使用 Mentor Graphics 的瞬態(tài)熱測(cè)試儀 T3Ster 來創(chuàng)建一個(gè)考慮這種情況的 RC 階梯熱模型。

T3Ster 是業(yè)界領(lǐng)先的解決方案，可用于測(cè)量封裝 IC 以創(chuàng)建相應(yīng)的熱模型，從而直接用作 FloTHERM 中的網(wǎng)絡(luò)組件。與僅包含熱阻的雙熱阻模型不同，這些模型還包含熱容，因此可用于瞬態(tài)仿真。當(dāng)應(yīng)用環(huán)境接近測(cè)試?yán)浒瀛h(huán)境時(shí)，例如將封裝焊接到 MCPCB 或高熱導(dǎo)率板上的銅焊盤時(shí)，這些模型可提供出色的結(jié)果。

DELPHI 模型

DELPHI 模型得名于 Flomerics 在 1990 年代后期協(xié)調(diào)開發(fā)的 DELPHI 項(xiàng)目。這些模型分割了上下表面，并用一個(gè)熱阻矩陣將這些表面連接到結(jié)點(diǎn)和／或彼此連接。利用這些附加的內(nèi)部熱阻，可根據(jù)邊界條件調(diào)整流經(jīng)這些封裝內(nèi)部路徑的熱量。在很多應(yīng)用中，該模型預(yù)測(cè)的最壞情況結(jié)溫精度都在 ±10% 范圍內(nèi)。一般來說，DELPHI 模型足以應(yīng)付大多數(shù)詳細(xì)熱設(shè)計(jì)工作，但以下情況除外：熱特性極為關(guān)鍵的封裝，疊層或三維 IC，以及需要通過仿真獲得額外信息（例如芯片表面的溫度分布）的情況。

詳細(xì)模型

詳細(xì)模型是以離散方式為封裝內(nèi)部所有熱相關(guān)特性建模的熱模型。注意，這些模型常常包含一定程度的近似，因?yàn)閭€(gè)別封裝鍵合線等特性常常是集總考慮的。然而，此類模型的目的是為了精確反映封裝內(nèi)部的溫度分布。使用的幾何形狀和材料屬性正確的話，此類模型可提供最高的保真度。

對(duì)于需要散熱器、風(fēng)扇組件或?qū)釅|等特定熱管理解決方案的元器件，應(yīng)當(dāng)詳細(xì)建模以便正確優(yōu)化散熱解決方案。例如，就散熱器而言，眾所周知，封裝內(nèi)的溫度分布會(huì)影響散熱器內(nèi)的溫度分布。為此，建議針對(duì)此類用途使用詳細(xì)封裝熱模型。

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