In der Elektronikindustrie werden Chips gewöhnlich über eine dünne Epoxy-Schicht mit Substraten verbunden. Ähnlich ist es in anderen Branchen. Die Modellerstellung der Epoxy-Schicht als eine separate Komponente erfordert die Verwendung einer sehr kleinen Elementgröße, was zu Vernetzungsfehlern oder einer unnötig großen Anzahl von Elementen führen kann.
Um den von der Epoxy-Schicht verursachten thermischen Widerstand zu berücksichtigen, ist keine Modellierung erforderlich. Der thermische Kontaktwiderstand wird als lokale (Oberfläche-zu-Oberfläche) Kontaktbedingung implementiert.
Der erwartete Wert ist entweder der Gesamtwiderstand (K / W) oder der Verteilte Widerstand pro Flächeneinheit ((K * m²) / W) im SI-Einheitensystem. Die Basisformel zur Berechnung des Temperaturabfalls in einer dünnen Materialschicht zwischen zwei Teilen lautet:
ΔT = q * [t / (k * A)], wobei
- DT = Temperaturabfall an der Kontaktzone in K
- q = Wärmeleistung, die durch den Kontakt fließt in W
- T = Dicke der Schicht in m
- k = Wärmeleitfähigkeit des Schichtmaterials in W / (m*K)
- Ein = Kontaktoberfläche in m²
Der Gesamtwärmewiderstand ist durch t / (k* A) und der Verteilte Widerstand ist durch t / k gegeben.
Modellierung von thermischen Kontaktwiderständen
Es gibt zwei Möglichkeiten zur Modellierung von thermischen Kontaktwiderständen:
- Sie können beim Erstellen der Geometrie die dünne Epoxy-Schicht ignorieren. Dies bedeutet, dass die Flächen der Komponenten, die in Wirklichkeit durch die dünne Schicht getrennt werden, sich im Modell berühren.
- Sie können beim Erstellen der Geometrie die dünne Epoxy-Schicht berücksichtigen. In diesem Fall befindet sich zwischen den Flächen der thermischen Kontaktstelle eine Lücke. Bei dieser Methode müssen die folgenden zwei Aspekte beachtet werden:
- Die höchste Genauigkeit der Ergebnisse wird erzielt, wenn der Abstand zwischen den zwei Kontaktflächen kleiner oder gleich der Elementgröße in der Umgebung ist. Im folgenden Beispiel können ungenaue Ergebnisse entstehen.
- Das Aufspalten der Flächen für ein korrektes Zusammenpassen der thermischen Kontaktstelle ist zwar nicht erforderlich, führt jedoch zu einer größeren Genauigkeit.
Um unterschiedliche thermische Widerstände zwischen einer großen Fläche und mehreren kleineren Flächen festzulegen, müssen Sie die große Fläche zunächst in mehrere kleinere Flächen aufteilen, bevor Sie den unterschiedlichen Paaren den thermischen Kontaktwiderstand zuweisen.
Fälle, in denen Flächen im thermischen Kontaktwiderstand nicht deckungsgleich sind
Beim Definieren eines thermischen Kontaktwiderstands zwischen angrenzenden Flächen empfiehlt es sich, mithilfe von Trennlinien überlappende Flächen zwischen den Teilen zu erstellen. Bei angrenzenden, aber nicht überlappenden Flächen können drei Fälle vorliegen. Ein verteilter Widerstand Rd entspricht in den untenstehenden Fällen einer Materialschicht auf der Fläche in Satz 1:
| Fall 1 |
Fall 2 |
Fall 3 |
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| Blaue Fläche aus Satz 2 bedeckt rote Fläche aus Satz 1. |
Rote Fläche aus Satz 1 bedeckt blaue Fläche aus Satz 2. |
Referenzfläche aus Satz 1 überschneidet sich teilweise mit der blauen Fläche aus Satz 2. |
Der Gesamtwiderstand ist gegeben durch: Rt = Rd / A1, wobei A1 der Bereich der Fläche aus Satz 1 ist.
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Der Gesamtwärmewiderstand ist gegeben durch Rt = Rd / A1. Daher wird bei der Berechnung des Gesamtwiderstands die gesamte Fläche aus Satz 1 berücksichtigt, obwohl die Fläche aus Satz 2 kleiner ist als die Fläche aus Satz 1.
Es wird allerdings davon ausgegangen, dass nur die gemeinsame projizierte Fläche (in diesem Fall der Bereich der Fläche aus Satz 2) an der Wärmeübertragung zwischen den zwei Flächen teilnimmt.
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Diese Situation ist nicht empfehlenswert. Verwenden Sie Trennlinien, um gemeinsame projizierte Kontaktflächen zwischen den Flächen aus Satz 1 und Satz 2 zu erstellen. |