散热器建模
有许多散热器建模和优化的工具:
–CFD封装,如Icepak
–基于相关性的分析工具如:
Cool-CAD, AAVID Inc.出品的一种免费散热器分析软件,
Qfin, Applied Thermal Technologies发布
–CAD封装的基于传导的工具
CFD 封装提供大范围内的建模能力,从最精确的建模到近似建模方法,包括:
–详细散热器建模
–紧凑散热器建模
–影响散热系数建模

详细散热器建模时,所有的翅片和底板都进行了详细建模
–优点: 没有近似处理,真实模拟
–缺点: 需要较多的计算资源,特别是当模型很复杂时
详细散热器模型可以用于:
–当翅片的质量重要时的瞬态分析
–紧凑模型不适用的自然对流情况
–流动状态不确定的强迫对流情况
–喷流
紧凑散热器模型包括一个底板和体积阻尼(代替翅片)
体积阻尼是均匀的阻尼材料(多孔材料porous material),包括两个输入参数:
–损失系数,提供和真实翅片近似一样的压力损失
–热传导系数,提供和从散热器底板到气流中近似相同的热流
优点: 网格数少
缺点: 精度没有详细模型高
–热学特征不能很好的捕捉
–不适用于自然对流情况
散热器也可以由指定元件面的热传递系数来表述
–这种方法广泛用于基于CAD的封装
–没有对底板和翅片进行建模,而由指定热传递系数代替,可以在一定温度范围内使其具有近似相等的传热量
–优点: 较少的计算资源
–缺点: 计算精度较低
基于相关性的散热器建模主要信赖于相关性函数,该函数决定表面的流动和热传递
–这些相关是由多年的理论和实验研究得到
–这类工具有:Cool-CAD 和QFIN
Cool-CAD需要输入参数有:
–散热器的Foot-print尺寸
–翅片的数目和厚度
–散热器高度
–芯片的功率
–平均气流速度(强迫对流)
Cool-CAD 的输出包括:
–翅片数不同时的散热器效率
–散热器的总热阻
热设计 https://www.resheji.com

散热器建模  Cool-CAD界面 P238

散热器性能
散热器性能正比于散热器的宽度(沿垂直于流动的方向)
散热器性能正比于平行于流动方向的翅片长度的平方根
也就是说:
把散热器的宽度增加一倍,散热器的散热性能就提高一倍
把翅片沿流动方向上的长度增加一倍,散热器的散热性能为原来的1.4倍

练习: 散热器模块 P240
练习: 散热器选择 P245
练习: 散热器选择
这个练习基于以下条件:
–芯片大小: 宽=0.5”, 长=0.5”, 高=0.06”
–芯片功率= 1.25W
–芯片作为双热阻块建模Rjc=12, Rjb=25
–PCB板大小= 4”X2.75”X0.0625”
–翅片厚度和间隔都为常数
–PCB上的气流速度=1 m/s
–层流
–环境温度= 50C
–忽略辐射
结论如下:
–散热器的宽度对节点(junction)温度的影响远大于散热器高度和长度的影响
–超过一定范围后再增加散热器的大小并不能减小节点的温度
–用铝和铜作散热器的材料时,散热器的性能差别不大,说明限制热阻通常是固-液界面的热阻
–高传导率的材料可以用在减小扩散热阻(spreading resistance)非常重要的地方

Icepak资料下载:  Icepak高级建模(456页).pdf

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