Icepak高級(jí)建模5_散熱器

icepak 2011-10-10

散熱器建模
有許多散熱器建模和優(yōu)化的工具:
–CFD封裝,如Icepak
–基于相關(guān)性的分析工具如:
Cool-CAD, AAVID Inc.出品的一種免費(fèi)散熱器分析軟件,
Qfin, Applied Thermal Technologies發(fā)布
–CAD封裝的基于傳導(dǎo)的工具
CFD 封裝提供大范圍內(nèi)的建模能力,從最精確的建模到近似建模方法,包括:
–詳細(xì)散熱器建模
–緊湊散熱器建模
–影響散熱系數(shù)建模

詳細(xì)散熱器建模時(shí),所有的翅片和底板都進(jìn)行了詳細(xì)建模
–優(yōu)點(diǎn): 沒(méi)有近似處理,真實(shí)模擬
–缺點(diǎn): 需要較多的計(jì)算資源,特別是當(dāng)模型很復(fù)雜時(shí)
詳細(xì)散熱器模型可以用于:
–當(dāng)翅片的質(zhì)量重要時(shí)的瞬態(tài)分析
–緊湊模型不適用的自然對(duì)流情況
–流動(dòng)狀態(tài)不確定的強(qiáng)迫對(duì)流情況
–噴流
緊湊散熱器模型包括一個(gè)底板和體積阻尼(代替翅片)
體積阻尼是均勻的阻尼材料(多孔材料porous material),包括兩個(gè)輸入?yún)?shù):
–損失系數(shù),提供和真實(shí)翅片近似一樣的壓力損失
–熱傳導(dǎo)系數(shù),提供和從散熱器底板到氣流中近似相同的熱流
優(yōu)點(diǎn): 網(wǎng)格數(shù)少
缺點(diǎn): 精度沒(méi)有詳細(xì)模型高
–熱學(xué)特征不能很好的捕捉
–不適用于自然對(duì)流情況
散熱器也可以由指定元件面的熱傳遞系數(shù)來(lái)表述
–這種方法廣泛用于基于CAD的封裝
–沒(méi)有對(duì)底板和翅片進(jìn)行建模,而由指定熱傳遞系數(shù)代替,可以在一定溫度范圍內(nèi)使其具有近似相等的傳熱量
–優(yōu)點(diǎn): 較少的計(jì)算資源
–缺點(diǎn): 計(jì)算精度較低
基于相關(guān)性的散熱器建模主要信賴(lài)于相關(guān)性函數(shù),該函數(shù)決定表面的流動(dòng)和熱傳遞
–這些相關(guān)是由多年的理論和實(shí)驗(yàn)研究得到
–這類(lèi)工具有:Cool-CAD 和QFIN
Cool-CAD需要輸入?yún)?shù)有:
–散熱器的Foot-print尺寸
–翅片的數(shù)目和厚度
–散熱器高度
–芯片的功率
–平均氣流速度(強(qiáng)迫對(duì)流)
Cool-CAD 的輸出包括:
–翅片數(shù)不同時(shí)的散熱器效率
–散熱器的總熱阻
熱設(shè)計(jì) http://m.0532yewu.com

散熱器建模 Cool-CAD界面 P238

散熱器性能
散熱器性能正比于散熱器的寬度(沿垂直于流動(dòng)的方向)
散熱器性能正比于平行于流動(dòng)方向的翅片長(zhǎng)度的平方根
也就是說(shuō):
把散熱器的寬度增加一倍,散熱器的散熱性能就提高一倍
把翅片沿流動(dòng)方向上的長(zhǎng)度增加一倍,散熱器的散熱性能為原來(lái)的1.4倍

練習(xí): 散熱器模塊 P240
練習(xí): 散熱器選擇 P245
練習(xí): 散熱器選擇
這個(gè)練習(xí)基于以下條件:
–芯片大小: 寬=0.5”, 長(zhǎng)=0.5”, 高=0.06”
–芯片功率= 1.25W
–芯片作為雙熱阻塊建模Rjc=12, Rjb=25
–PCB板大小= 4”X2.75”X0.0625”
–翅片厚度和間隔都為常數(shù)
–PCB上的氣流速度=1 m/s
–層流
–環(huán)境溫度= 50C
–忽略輻射
結(jié)論如下:
–散熱器的寬度對(duì)節(jié)點(diǎn)(junction)溫度的影響遠(yuǎn)大于散熱器高度和長(zhǎng)度的影響
–超過(guò)一定范圍后再增加散熱器的大小并不能減小節(jié)點(diǎn)的溫度
–用鋁和銅作散熱器的材料時(shí),散熱器的性能差別不大,說(shuō)明限制熱阻通常是固-液界面的熱阻
–高傳導(dǎo)率的材料可以用在減小擴(kuò)散熱阻(spreading resistance)非常重要的地方