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熱接觸阻力 - 範例

在電子業界,一般常藉由薄層的環氧樹脂將晶片與基板接合。 其他產業也有類似這樣的情形。 將環氧樹脂層塑模為單獨的零組件需使用極小的元素大小,而這會造成網格化失敗或大量的多餘元素。

要考量環氧樹脂層所引起的熱阻力,您不需要為其塑模。 熱接觸阻力即是為此而建置的曲面對曲面接觸條件。

預期值可以是總阻力 ( K / W ) 或 SI 單位系統中每單位面積分佈的阻力 ((K * m²) / W)。 兩個零件間材料薄層的溫差基本計算公式如下:

ΔT = q * [t / (k * A)],其中:

  • ΔT = K 中接觸區的溫差
  • q = W 中流經接觸面的熱功率
  • t = m 中的圖層厚度
  • K = W / (m*K) 中的圖層材料熱傳導率
  • A = m² 中的接觸表面積

總熱阻力的計算公式為 t / ( k* A),而分佈阻力的計算公式為 t / k。

熱接觸阻力塑模

熱接觸阻力的塑模方式有兩種:

  • 產生幾何時忽略薄層的環氧樹脂。 換句話說,實際上由該薄層所隔開的零組件上的面,在模型中會變成相互接觸。
  • 產生幾何時考量到環氧樹脂薄層。 在此狀況中,熱接觸面之間會有縫隙存在。 採用此方法時,需考量以下兩點:
    • 當兩個接觸面的間隙小於或等於鄰近的元素大小時,結果最準確。 以下範例提供的結果可能不準確。

    • 將面分割成適當的熱接觸配對組,雖無絕對的必要性,但能夠增進準確性。

若要在一個較大的面和數個較小的面之間指定不同的熱阻力,您必須先將較大的面分割成數個較小的面,再針對各個配對組指定熱接觸阻力。

在熱接觸阻力的面不是重合的情況中

當定義接觸面之間的熱接觸阻力時,最好使用分模線來產生零件之間的重疊面。 當面接觸但不重疊時,有三種情況。 在下列情況中,分佈的阻力 Rd 對應於組 1 面上的材料圖層:

狀況 1 狀況 2 狀況 3
thermal_resistance_case1.png thermal_resistance_case2.png thermal_resistance_case3.png
組 2 的藍色面涵蓋組 1 的紅色面。 組 1 的紅色面涵蓋組 2 的藍色面 組 1 的參考面與組 2 的藍色面部分相交

總熱阻力是: Rt = Rd / A1,其中 A1 是組 1 面的面積。

總熱阻力是 Rt = Rd / A1。因此,即使組 2 中的面小於組 1 的面,在計算總阻力時,仍會將組 1 面的總面積納入考量。

不過,只有共同投射區 (在此情況中指組 2 面的面積) 會參與兩個面之間的熱傳遞。

不建議如此。 使用分模線來產生組 1 面和組 2 面間接觸區域的共同投射區。


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