En la industria electrónica, los chips habitualmente se encuentran unidos a los substratos mediante una capa fina de epoxi. Se producen situaciones similares en otras industrias. El modelado de una capa de epoxi como un componente individual requiere el uso de un tamaño de elemento muy pequeño que puede provocar un fallo en el mallado o una cantidad innecesaria de elementos.
Para considerar la resistencia térmica provocada por la capa de epoxi, no necesita modelar dicha capa. La resistencia al contacto térmico se implementa como una condición de contacto de superficie a superficie.
El valor esperado es la resistencia total (K / W) o la resistencia distribuida por unidad de área ((K * M²) / W) en el sistema de unidades SI. La fórmula básica para la caída de temperatura en una capa delgada de material entre dos piezas viene definida por:
ΔT = q * [t / (k * A)], donde:
- ΔT = caída de la temperatura en la zona de contacto en K
- q = energía térmica que fluye por el contacto en W
- t = grosor de la capa en m
- k = conductividad térmica del material de la capa en W / (m*K)
- A = área de superficie del contacto en m²
La resistencia térmica total se calcula mediante t / ( k* A) y la resistencia distribuida mediante t / k.
Modelar la resistencia al contacto térmico
Hay dos maneras de modelar la resistencia al contacto térmico:
- Puede optar por no tener en cuenta la capa fina de epoxi al crear la geometría. En otras palabras, las caras de los componentes separados por la capa fina en realidad se tocarán en el modelo.
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Puede tener en cuenta la capa fina de epoxi al crear la geometría. En este caso, habrá una separación entre las caras del contacto térmico. Cuando utilice este método, deberá considerar dos puntos:
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Los resultados son más precisos cuando la distancia entre las dos caras del contacto es menor o igual al tamaño del elemento en el entorno. El ejemplo que sigue podría brindar resultados imprecisos.
- Si bien no es necesario, la división de las caras para un equilibrio adecuado del contacto térmico optimiza la precisión.
Para especificar diferentes resistencias térmicas entre una cara grande y una cantidad de caras pequeñas, debe dividir primero la cara grande en una cantidad de caras pequeñas antes de asignar una resistencia al contacto térmico para diferentes pares.
Casos en los que las caras en la Resistencia a contacto térmico no coinciden
Al definir la resistencia a contacto térmico entre caras en contacto es mejor utilizar líneas de partición para crear las caras solapadas entre las piezas. Cuando las caras se tocan pero no se solapan, se pueden dar tres casos. Un Rd de resistencia distribuida se entiende como correspondiente a una capa de material de la cara del conjunto 1 en los siguientes casos:
| Caso 1 |
Caso 2 |
Caso 3 |
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| La cara azul del conjunto 2 cubre la cara roja del conjunto 1. |
La cara roja del conjunto 1 cubre la cara azul del conjunto 2. |
La cara de referencia del conjunto 1 se entrecruza con la cara parcialmente azul del conjunto 2 |
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La resistencia térmica total es: Rt = Rd / A1, donde A1 es el área de la cara del conjunto 1.
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La resistencia térmica total es Rt = Rd / A1. Por lo tanto, aunque la cara del conjunto 2 es más pequeña que la cara del conjunto 1, el área completa de la cara del conjunto 1 se tiene en cuenta en el calculo de la resistencia total.
Sin embargo, se considera que sólo el área proyectada común (en este caso, el área de la cara del conjunto 2) participa en la transferencia de calor entre las caras.
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No se recomienda esta situación. Utilice líneas de partición para crear áreas de contacto proyectadas comunes entre las caras del conjunto 1 y el 2. |