不同結(jié)構(gòu)的熱模型對應(yīng)板式散熱器管理解決方案

來源：www.bsttcn.com

封裝結(jié)構(gòu)和熱模型的板式散熱器需要精確建模，并且應(yīng)當(dāng)在選擇封裝之前的熱設(shè)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。下面將更詳細(xì)地討論這些模型的預(yù)測精度。

雙熱阻模型

對于雙熱阻簡化熱模型 (CTM) 是保真度最低的模型，能夠預(yù)測殼溫和結(jié)溫。使用雙熱阻模型的一個好處是，除了簡單的導(dǎo)熱塊以外，它不需要任何其他網(wǎng)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(jié)溫預(yù)測的誤差可能高達(dá) ±30%，而且會因封裝類型和尺寸而有所不同。

該模型所基于的結(jié)-殼熱阻和結(jié)-電路板熱阻指標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)條件下測量的。JEDEC 標(biāo)準(zhǔn) JESD15-3 要求結(jié)-電路板熱阻在具有連續(xù)電源和接地平面層的 2s2p 電路板上測量。測量結(jié)-殼熱阻時，需將封裝頂部壓在冷板上。因此，應(yīng)用條件與測試條件越接近，雙熱阻模型的預(yù)測精度就越高。對于結(jié)-殼熱阻，最接近測試環(huán)境的應(yīng)用環(huán)境是當(dāng)元器件有一個散熱器貼附整個封裝表面時。因此，雙熱阻模型可用來初步評估所需散熱器的尺寸。

雙熱阻模型的上表面是一個代表外殼的等溫節(jié)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(cè)熱阻所需的鰭片數(shù)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制的基座厚度。

RC 階梯模型

對于具有單一熱流路徑的封裝，如 LED 和 TO 式封裝，有一種 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)方法 [參考文獻(xiàn) 2] 可用于測量從結(jié)點至封裝調(diào)整片的熱流路徑的熱阻-熱容模型。注意，這種方法并不直接向封裝的裸露上表面提供熱阻。然而，如果能通過某種方式估算該熱阻，那么就可以使用 Mentor Graphics 的瞬態(tài)熱測試儀 T3Ster 來創(chuàng)建一個考慮這種情況的 RC 階梯熱模型。

T3Ster 是業(yè)界領(lǐng)先的解決方案，可用于測量封裝 IC 以創(chuàng)建相應(yīng)的熱模型，從而直接用作 FloTHERM 中的網(wǎng)絡(luò)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，因此可用于瞬態(tài)仿真。當(dāng)應(yīng)用環(huán)境接近測試?yán)浒瀛h(huán)境時，例如將封裝焊接到 MCPCB 或高熱導(dǎo)率板上的銅焊盤時，這些模型可提供出色的結(jié)果。

DELPHI 模型

DELPHI 模型得名于 Flomerics 在 1990 年代后期協(xié)調(diào)開發(fā)的 DELPHI 項目。這些模型分割了上下表面，并用一個熱阻矩陣將這些表面連接到結(jié)點和／或彼此連接。利用這些附加的內(nèi)部熱阻，可根據(jù)邊界條件調(diào)整流經(jīng)這些封裝內(nèi)部路徑的熱量。在很多應(yīng)用中，該模型預(yù)測的最壞情況結(jié)溫精度都在 ±10% 范圍內(nèi)。一般來說，DELPHI 模型足以應(yīng)付大多數(shù)詳細(xì)熱設(shè)計工作，但以下情況除外：熱特性極為關(guān)鍵的封裝，疊層或三維 IC，以及需要通過仿真獲得額外信息（例如芯片表面的溫度分布）的情況。

詳細(xì)模型

詳細(xì)模型是以離散方式為封裝內(nèi)部所有熱相關(guān)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(nèi)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。

對于需要散熱器、風(fēng)扇組件或?qū)釅|等特定熱管理解決方案的元器件，應(yīng)當(dāng)詳細(xì)建模以便正確優(yōu)化散熱解決方案。例如，就散熱器而言，眾所周知，封裝內(nèi)的溫度分布會影響散熱器內(nèi)的溫度分布。為此，建議針對此類用途使用詳細(xì)封裝熱模型。

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