L'industria elettronica fa ampio uso delle chip, che solitamente sono fuse a substrati mediante un sottile strato di materiale epossidico. Una situazione analoga si ritrova anche in altre industrie. Modellare uno strato epossidico come componente distinto impone l'uso di elementi dalle dimensioni molto piccole e ciò può comportare errori nella mesh o creare un numero inutilmente grande di elementi.
Non è necessario modellare uno strato epossidico per tenere conto della resistenza termica che provoca. La resistenza termica al contatto viene realizzata come una condizione di contatto Superficie/superficie:
Il valore previsto è la resistenza totale (K / W) oppure la resistenza distribuita per l'area di unità ((K * m²) / W) nel sistema di unità di SI. La formula di base per un calo di temperatura in uno strato sottile di materiale tra due parti è data da:
ΔT = q * [t / (k * A)], dove:
- ΔT = il calo di temperatura nell'area di contatto in K
- q = il flusso di capacità termica mediante contatto in W
- t = lo spessore dello strato in m
- k = la conduttività termica del materiale dello strato in W / (m*K)
- Un = l'area della superficie del contatto in m²
La resistenza totale termica è data da t / ( k* A) mentre la resistenza distribuita è data da t / k.
Modellazione della resistenza termica al contatto
Esistono due modi per modellare la resistenza termica al contatto:
- Si può trascurare il sottile strato epossidico quando si crea la geometria, in modo che le facce dei componenti, che in realtà sarebbero separate da questo sottile strato, siano effettivamente a contatto nel modello.
- Si può tenere conto dello strato quando si crea la geometria, creando in tal modo un vuoto tra le facce a contatto termico. Per questo approccio valgono due postulati:
- I risultati hanno la massima precisione quando la distanza tra le due facce di contatto è minore o uguale alla dimensione dell'elemento nelle vicinanze. L'esempio seguente può fornire risultati imprecisi.
- Dividendo le facce per l'accoppiamento corretto del contatto termico si migliora la precisione finale.
Per specificare le resistenze termiche tra la faccia grande e diverse facce più piccole, occorre anzitutto dividere la faccia grande in un numero di facce piccole e poi assegnare la resistenza termica al contatto alle diverse coppie.
Casi in cui le facce nella resistenza al contatto termico non sono coincidenti
Quando si definisce una resistenza al contatto termico tra facce a contatto, è meglio utilizzare delle linee di divisione per creare facce in sovrapposizione tra le parti. Quando le facce si toccano ma non si sovrappongono, si verificano tre casi. Un Rd di resistenza distribuita è da intendere come corrisponde a uno strato di materiale sulla faccia nel Gruppo 1 nei casi seguenti:
| Caso 1 |
Caso 2 |
Caso 3 |
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| La faccia blu del Gruppo 2 copre la faccia rossa del Gruppo 1. |
La faccia rossa del Gruppo 1 copre la faccia blu del Gruppo 2. |
La faccia rossa del Gruppo 1 interseca parzialmente la faccia blu del gruppo 2 |
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La resistenza termica totale è: Rt = Rd / A1, dove A1 è l'area della faccia nel Gruppo 1.
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La resistenza termica totale è Rt = Rd / A1. Quindi, anche se la faccia nel Gruppo 2 è più piccola della faccia nel Gruppo 1, l'area intera della faccia nel Gruppo 1 è tenuta in considerazione per il calcolo della resistenza totale.
Tuttavia, solo l'area di proiezione comune (in questo caso, l'area della faccia nel Gruppo 2) è considerata come partecipante alla trasmissione termica tra le due facce.
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Questa situazione è vivamente sconsigliata. Utilizzare le linee di divisione per creare aree di proiezione comuni di contatto tra le facce del Gruppo 1 e 2. |