1.3 热阻
 
对于热量以一维导热方式通过长为L、截面积为A、热导率为k的材料，其热阻为 。
 
注意：热阻是一个包含面积的量。相同厚度的某种材料，面积越大热阻越小。这就是为什么更大的电子封装元件有着更小的热阻。
注意：如果在两点之间有内热源的话，就不能采用热阻的概念。
热阻更为精确的定义如下：
  
热阻随着热流通过的长度和面积变化。假定热流通过某一个平面，则L是平面的厚度。
单位面积热阻与面积无关，在U.S文献中称为热阻抗            
 Flotherm中这一值经常用于表面特性中Rsurf-solid 和Rsurf-fluid 。Flotherm以网格中心数值进行计算，所以通常网格之间的计算都采用热阻 。
 的倒数称为 热交换系数
通常 （英国文献）或 被用于加热面和空气之间的热交换系数。
当材料串连或平行时可以采取与电阻计算相类似的方法来计算热阻。
对于串连：

1.3.1 理想接触
两种相同或不同的材料在理想接触的情况下，在其接触面处不具有热阻。但是实际情况并不是这样的，Flotherm仿真时默认情况下，认为两个Cuboids（Flotherm中的一个简化模型）之间是没有热阻的：就如同两个Cuboids焊在一起。

1.3.2 接触热阻和相应数据
1. 来源：Vanessa Saudemont. www.flomerics.com/support -> How to model thermal resistance (2003)
材料的表面是无法做到完全的平整和清洁，实际情况中材料表面往往会有一定的粗糙度。因此两个材料表面之间是点接触，在空隙中往往包含有空气。由于空气的热导率很低，所以造成接触热阻 很大，由此在接触面两侧造成较大的温度梯度。因此可以使用导热硅脂或导热界面材料减少或填充接触面处空气隙，以便减小接触热阻 。

1.3.3 导热界面材料
1. 来源：Vanessa Saudemont. www.flomerics.com/support -> How to model thermal resistance (2003)
材料表面之间的接触性能可以通过使用导热界面材料来提高：注入氧化铝的硅脂（可以填充空气隙）、相变材料（在达到相变温度之后会变成粘性液体）、导热复合物或弹性粘结（需要足够的压力来减小表面之间的缝隙）。使用导热界面材料并且施加足够的接触压力，可以有效的减少接触热阻。下图显示了三种导热界面材料（硅、石墨油、floroether oil）,导热硅脂、直接接触五种情况下接触压力和热阻的关系。
选择的导热界面材料的热性能（1 psi = 6.894756.103 Pa），来自PC745B datasheet @ http://www.atmel.com (注意单位)。
2. 来源：W. Pohl, J. Schmidt, E. Nagy: “In strong contact”, Power Electronics Europe, … (2007)
注意：时刻牢记一层导热界面材料（TIM）的总热阻有三部分组成。导热界面材料自身所产生的热阻（与厚度和热导率有关），以及与两侧材料的接触热阻。后两项不应该予以忽略，因为仅仅在数据表（Data Sheets）中考虑材料的热导率时，剔除了后两项会造成数据错误。制造商所提供的数据表中应该包括一个总的热阻，否则会在使用时造成一定的误差。总的热阻在某些时候可以称为热阻抗。
 
通过将导热界面材料的厚度取为0，可以得到导热界面材料与两侧材料的接触热阻
3. 来源：C. Lasance: “Problems with Thermal Interface Material Measurements: Suggestions for Improvement”. ECM 9(4)  (2003)
对于柔软的导热界面材料（TIM）还会出现其热阻随压力变化的特性。下图显示了热阻随着压力增加或减小的变化情况。
 
柔软的导热界面材料随压力变化的情况

1.3.4 使用Flotherm中的Cuboid来模拟接触热阻
通过设置一个确定的Cuboid可以模拟接触热阻，可以是采用压缩（Collapsed）的Cuboid或者是不压缩的Cuboid。这个方法的优点在于可以直观的看到Flotherm模型树中的TIM物体，这个方法的缺点是不得不进行一些计算来获得 。
1.3.5 Flotherm中模拟接触热阻的另一类方法：通过表面特性
可以通过贴赋一个表面特性（Surface Attribute）到某个块（Cuboid）的表面来构建一个表面热阻。创建一个表面特性并且以一个比较直观的名称命名，诸如：“Rsurf－solid”。
这种方式的优点在于不需要具体的计算，缺点在于无法在Flotherm的模型树中直观的看到。
建议：我们建议采用“Chip＋RsurfTIM”等类似比较直观的表面特性名称，这样有助于知道存在接触热阻 。
注意：贴赋表面特性时候，采用的是物体自身的坐标系。
1.3.6 Rsurf-solid的重叠
外表面接触：
注意：表面特性叠加，也就是左侧Cuboid的Rsurf-solid和右侧Cuboid的Rsurf-solid进行相加。
1.3.7 Solid-Fluid 热阻
举例：如果计算材料和空气的热阻 时，要考虑材料涂层的影响，那么在Flotherm中可以对材料贴赋表面特性来解决。创建一个表面特性并且为“Rsurf-fluid”命名一个直观的名称

P1--P32

Flotherm资料下载: 使用Flotherm进行电子散热仿真过程中涉及的物理学原理.pdf

标签： 点击： 评论: