1.3 熱阻
 
對(duì)于熱量以一維導(dǎo)熱方式通過長(zhǎng)為L(zhǎng)、截面積為A、熱導(dǎo)率為k的材料，其熱阻為 。
 
注意：熱阻是一個(gè)包含面積的量。相同厚度的某種材料，面積越大熱阻越小。這就是為什么更大的電子封裝元件有著更小的熱阻。
注意：如果在兩點(diǎn)之間有內(nèi)熱源的話，就不能采用熱阻的概念。
熱阻更為精確的定義如下：
  
熱阻隨著熱流通過的長(zhǎng)度和面積變化。假定熱流通過某一個(gè)平面，則L是平面的厚度。
單位面積熱阻與面積無關(guān)，在U.S文獻(xiàn)中稱為熱阻抗            
 Flotherm中這一值經(jīng)常用于表面特性中Rsurf-solid 和Rsurf-fluid 。Flotherm以網(wǎng)格中心數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，所以通常網(wǎng)格之間的計(jì)算都采用熱阻 。
 的倒數(shù)稱為 熱交換系數(shù)
通常 （英國(guó)文獻(xiàn)）或 被用于加熱面和空氣之間的熱交換系數(shù)。
當(dāng)材料串連或平行時(shí)可以采取與電阻計(jì)算相類似的方法來計(jì)算熱阻。
對(duì)于串連：

1.3.1 理想接觸
兩種相同或不同的材料在理想接觸的情況下，在其接觸面處不具有熱阻。但是實(shí)際情況并不是這樣的，F(xiàn)lotherm仿真時(shí)默認(rèn)情況下，認(rèn)為兩個(gè)Cuboids（Flotherm中的一個(gè)簡(jiǎn)化模型）之間是沒有熱阻的：就如同兩個(gè)Cuboids焊在一起。

1.3.2 接觸熱阻和相應(yīng)數(shù)據(jù)
1. 來源：Vanessa Saudemont. www.flomerics.com/support -> How to model thermal resistance (2003)
材料的表面是無法做到完全的平整和清潔，實(shí)際情況中材料表面往往會(huì)有一定的粗糙度。因此兩個(gè)材料表面之間是點(diǎn)接觸，在空隙中往往包含有空氣。由于空氣的熱導(dǎo)率很低，所以造成接觸熱阻 很大，由此在接觸面兩側(cè)造成較大的溫度梯度。因此可以使用導(dǎo)熱硅脂或?qū)峤缑娌牧蠝p少或填充接觸面處空氣隙，以便減小接觸熱阻 。

1.3.3 導(dǎo)熱界面材料
1. 來源：Vanessa Saudemont. www.flomerics.com/support -> How to model thermal resistance (2003)
材料表面之間的接觸性能可以通過使用導(dǎo)熱界面材料來提高：注入氧化鋁的硅脂（可以填充空氣隙）、相變材料（在達(dá)到相變溫度之后會(huì)變成粘性液體）、導(dǎo)熱復(fù)合物或彈性粘結(jié)（需要足夠的壓力來減小表面之間的縫隙）。使用導(dǎo)熱界面材料并且施加足夠的接觸壓力，可以有效的減少接觸熱阻。下圖顯示了三種導(dǎo)熱界面材料（硅、石墨油、floroether oil）,導(dǎo)熱硅脂、直接接觸五種情況下接觸壓力和熱阻的關(guān)系。
選擇的導(dǎo)熱界面材料的熱性能（1 psi = 6.894756.103 Pa），來自PC745B datasheet @ http://www.atmel.com (注意單位)。
2. 來源：W. Pohl, J. Schmidt, E. Nagy: “In strong contact”, Power Electronics Europe, … (2007)
注意：時(shí)刻牢記一層導(dǎo)熱界面材料（TIM）的總熱阻有三部分組成。導(dǎo)熱界面材料自身所產(chǎn)生的熱阻（與厚度和熱導(dǎo)率有關(guān)），以及與兩側(cè)材料的接觸熱阻。后兩項(xiàng)不應(yīng)該予以忽略，因?yàn)閮H僅在數(shù)據(jù)表（Data Sheets）中考慮材料的熱導(dǎo)率時(shí)，剔除了后兩項(xiàng)會(huì)造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。制造商所提供的數(shù)據(jù)表中應(yīng)該包括一個(gè)總的熱阻，否則會(huì)在使用時(shí)造成一定的誤差。總的熱阻在某些時(shí)候可以稱為熱阻抗。
 
通過將導(dǎo)熱界面材料的厚度取為0，可以得到導(dǎo)熱界面材料與兩側(cè)材料的接觸熱阻
3. 來源：C. Lasance: “Problems with Thermal Interface Material Measurements: Suggestions for Improvement”. ECM 9(4)  (2003)
對(duì)于柔軟的導(dǎo)熱界面材料（TIM）還會(huì)出現(xiàn)其熱阻隨壓力變化的特性。下圖顯示了熱阻隨著壓力增加或減小的變化情況。
 
柔軟的導(dǎo)熱界面材料隨壓力變化的情況

1.3.4 使用Flotherm中的Cuboid來模擬接觸熱阻
通過設(shè)置一個(gè)確定的Cuboid可以模擬接觸熱阻，可以是采用壓縮（Collapsed）的Cuboid或者是不壓縮的Cuboid。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以直觀的看到Flotherm模型樹中的TIM物體，這個(gè)方法的缺點(diǎn)是不得不進(jìn)行一些計(jì)算來獲得 。
1.3.5 Flotherm中模擬接觸熱阻的另一類方法：通過表面特性
可以通過貼賦一個(gè)表面特性（Surface Attribute）到某個(gè)塊（Cuboid）的表面來構(gòu)建一個(gè)表面熱阻。創(chuàng)建一個(gè)表面特性并且以一個(gè)比較直觀的名稱命名，諸如：“Rsurf－solid”。
這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于不需要具體的計(jì)算，缺點(diǎn)在于無法在Flotherm的模型樹中直觀的看到。
建議：我們建議采用“Chip＋RsurfTIM”等類似比較直觀的表面特性名稱，這樣有助于知道存在接觸熱阻 。
注意：貼賦表面特性時(shí)候，采用的是物體自身的坐標(biāo)系。
1.3.6 Rsurf-solid的重疊
外表面接觸：
注意：表面特性疊加，也就是左側(cè)Cuboid的Rsurf-solid和右側(cè)Cuboid的Rsurf-solid進(jìn)行相加。
1.3.7 Solid-Fluid 熱阻
舉例：如果計(jì)算材料和空氣的熱阻 時(shí)，要考慮材料涂層的影響，那么在Flotherm中可以對(duì)材料貼賦表面特性來解決。創(chuàng)建一個(gè)表面特性并且為“Rsurf-fluid”命名一個(gè)直觀的名稱

P1--P32

Flotherm資料下載: 使用Flotherm進(jìn)行電子散熱仿真過程中涉及的物理學(xué)原理.pdf

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