不同結構的熱模型對應的型材散熱器管理解決方案

 
       封裝結構和熱模型的型材散熱器需要精確建模,並且應當在選擇封裝之前的熱設計中就使用元器件的三維表示,此外還介紹了雙熱阻和 DELPHI 簡化熱模型。下麵將更詳細地討論這些模型的預測精度。

雙熱阻模型

      如前所述,雙熱阻簡化熱模型 (CTM) 是保真度最低的模型,能夠預測殼溫和結溫。使用雙熱阻模型的一個好處是,除了簡單的導熱塊以外,它不需要任何其他網格,因此對仿真時間無不利影響。雖然其計算量最小,但在最壞情況下,結溫預測的誤差可能高達 ±30%,而且會因封裝類型和尺寸而有所不同。

該模型所基於的結-殼熱阻和結-電路板熱阻指標是在標準條件下測量的。JEDEC 標準 JESD15-3 要求結-電路板熱阻在具有連續電源和接地平麵層的 2s2p 電路板上測量。測量結-殼熱阻時,需將封裝頂部壓在冷板上。因此,應用條件與測試條件越接近,雙熱阻模型的預測精度就越高。對於結-殼熱阻,最接近測試環境的應用環境是當元器件有一個散熱器貼附整個封裝表麵時。因此,雙熱阻模型可用來初步評估所需散熱器的尺寸。

      注意,雙熱阻模型的上表麵是一個代表外殼的等溫節點,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熱阻所需的鰭片數量、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受過度限製的基座厚度。

RC 階梯模型

    對於具有單一熱流路徑的封裝,如 LED 和 TO 式封裝,有一種 JEDEC 標準方法 [參考文獻 2] 可用於測量從結點至封裝調整片的熱流路徑的熱阻-熱容模型。注意,這種方法並不直接向封裝的裸露上表麵提供熱阻。然而,如果能通過某種方式估算該熱阻,那麽就可以使用 Mentor Graphics 的瞬態熱測試儀 T3Ster 來創建一個考慮這種情況的 RC 階梯熱模型。

T3Ster 是業界領先的解決方案,可用於測量封裝 IC 以創建相應的熱模型,從而直接用作 FloTHERM 中的網絡組件。與僅包含熱阻的雙熱阻模型不同,這些模型還包含熱容,因此可用於瞬態仿真。當應用環境接近測試冷板環境時,例如將封裝焊接到 MCPCB 或高熱導率板上的銅焊盤時,這些模型可提供出色的結果。

DELPHI 模型

      DELPHI 模型得名於 Flomerics 在 1990 年代後期協調開發的 DELPHI 項目。這些模型分割了上下表麵,並用一個熱阻矩陣將這些表麵連接到結點和/或彼此連接。利用這些附加的內部熱阻,可根據邊界條件調整流經這些封裝內部路徑的熱量。在很多應用中,該模型預測的最壞情況結溫精度都在 ±10% 範圍內。一般來說,DELPHI 模型足以應付大多數詳細熱設計工作,但以下情況除外:熱特性極為關鍵的封裝,疊層或三維 IC,以及需要通過仿真獲得額外信息(例如芯片表麵的溫度分布)的情況。

詳細模型

    詳細模型是以離散方式為封裝內部所有熱相關特性建模的熱模型。注意,這些模型常常包含一定程度的近似,因為個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。

    對於需要散熱器、風扇組件或導熱墊等特定熱管理解決方案的元器件,應當詳細建模以便正確優化散熱解決方案。例如,就散熱器而言,眾所周知,封裝內的溫度分布會影響散熱器內的溫度分布。為此,建議針對此類用途使用詳細封裝熱模型。

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