散熱器建模
有許多散熱器建模和優化的工具:
–CFD封裝,如Icepak
–基于相關性的分析工具如:
Cool-CAD, AAVID Inc.出品的一種免費散熱器分析軟件,
Qfin, Applied Thermal Technologies發布
–CAD封裝的基于傳導的工具
CFD 封裝提供大范圍內的建模能力,從最精確的建模到近似建模方法,包括:
–詳細散熱器建模
–緊湊散熱器建模
–影響散熱系數建模

詳細散熱器建模時,所有的翅片和底板都進行了詳細建模
–優點: 沒有近似處理,真實模擬
–缺點: 需要較多的計算資源,特別是當模型很復雜時
詳細散熱器模型可以用于:
–當翅片的質量重要時的瞬態分析
–緊湊模型不適用的自然對流情況
–流動狀態不確定的強迫對流情況
–噴流
緊湊散熱器模型包括一個底板和體積阻尼(代替翅片)
體積阻尼是均勻的阻尼材料(多孔材料porous material),包括兩個輸入參數:
–損失系數,提供和真實翅片近似一樣的壓力損失
–熱傳導系數,提供和從散熱器底板到氣流中近似相同的熱流
優點: 網格數少
缺點: 精度沒有詳細模型高
–熱學特征不能很好的捕捉
–不適用于自然對流情況
散熱器也可以由指定元件面的熱傳遞系數來表述
–這種方法廣泛用于基于CAD的封裝
–沒有對底板和翅片進行建模,而由指定熱傳遞系數代替,可以在一定溫度范圍內使其具有近似相等的傳熱量
–優點: 較少的計算資源
–缺點: 計算精度較低
基于相關性的散熱器建模主要信賴于相關性函數,該函數決定表面的流動和熱傳遞
–這些相關是由多年的理論和實驗研究得到
–這類工具有:Cool-CAD 和QFIN
Cool-CAD需要輸入參數有:
–散熱器的Foot-print尺寸
–翅片的數目和厚度
–散熱器高度
–芯片的功率
–平均氣流速度(強迫對流)
Cool-CAD 的輸出包括:
–翅片數不同時的散熱器效率
–散熱器的總熱阻
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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(沿垂直于流動的方向)
散熱器性能正比于平行于流動方向的翅片長度的平方根
也就是說:
把散熱器的寬度增加一倍,散熱器的散熱性能就提高一倍
把翅片沿流動方向上的長度增加一倍,散熱器的散熱性能為原來的1.4倍

練習: 散熱器模塊 P240
練習: 散熱器選擇 P245
練習: 散熱器選擇
這個練習基于以下條件:
–芯片大小: 寬=0.5”, 長=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
–PCB上的氣流速度=1 m/s
–層流
–環境溫度= 50C
–忽略輻射
結論如下:
–散熱器的寬度對節點(junction)溫度的影響遠大于散熱器高度和長度的影響
–超過一定范圍后再增加散熱器的大小并不能減小節點的溫度
–用鋁和銅作散熱器的材料時,散熱器的性能差別不大,說明限制熱阻通常是固-液界面的熱阻
–高傳導率的材料可以用在減小擴散熱阻(spreading resistance)非常重要的地方

Icepak資料下載:  Icepak高級建模(456頁).pdf

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