2013年第01期，第46卷总第253期
通信技术
Communications Technology
Vol.46,No.01,2013
No. 253, Totally
接触热阻的计算及ICEPAK环境下的数值模拟
吴圣陶，曾柯杰，刘恒（西南通信研究所，四川成都610041）
【摘要】为解决通信装备大功率芯片与散热器之间接触热阻的难以估算的现实问题，从粗糙表面的微观数学描述入手，采用截锥体的粗糙峰形状论述粗糙表面的数学模型，并结合接触分热阻理论建立了接独热阻的计算模型。为使于实际应用，对该计算模型进行了工程简化；应用ICEPAK软件结合粗稳表面的数学模型建立了热仿真模型，并对四个工况的接触热阻进行数值模拟，通过对比简化模型和数值模拟的计算结果表明：在通常情况下简化模型对于预测接触热阻具有一定的工程实用价值，
【关键词】截锥体；粗糙峰；接触热阻；数值模拟
【中图分类号】TN802
【文献标识码】A
【文章编号】1002-0802(2013)01-0101-04
ComputingModel and Numerical Simulation of ThermalContact Resistance
wU Shentao,ZENG Ke-jie,LIU Heng
(Southwest Communication,Institute, Chengdu Sichuan 610041, China)
【AbstractJIn order to find solution for complicated calculation of thermal contact resistance between chip and heat sink in communication equipment, with the microcosmic mathematics model and by using the frustum the surface roughness is discussed. Based on thermal resistance theory, a mathematic model for computing thermal contact resistance is established, and this model is also simplefied to improve its practicability. Based on the microcosmic mathematics model of rough surface, a thermal simulation model with ICEPAK is constructed, and the thermal contact resistances in four cases are simulated numerically under ICEPAK. The comparion of the results with simplified model and numerical simulation indicates that the simplified model is of certain practical value in estimating the thermal contact resistance under normal conditions.
[Key words] frustum; roughness; thermal contact resistance: numerical simulation
0引言
随着通信装备集成度的不断提高，大功率芯片的应用也越来越广泛，重要芯片的热失效率往往成为影响整个装备可靠性的关键因素。在工程实际中，芯片的散热主要通过散热器以固体接触导热方式来实现的，固体界面间接触热阻的大小在很大程度上决定了芯片的散热与运行状况。如何快速准确的预测芯片与散热器之间的接触热阻对于通信装备的工收稿日期：2012-11-08。
作者简介：吴圣（1978-），男，工程师，主要研究方向
为高集成度电子产品热仿真分析与工程实现：曾柯杰（1979-），男，工程师，主要研究方向为电子产品新型散热材料应用技术：刘恒（1980-），男，工程师，主要研究方向为散热理论与应用技术。
程热分析具有十分重要的意义。接触热阻与表面粗糙度、界面间隙中的介质及外界压力等因素有密切的关系。近年来一直在探求易于使用的理论方法或半经验方法，即通过接触表面各参数以及接触界面
材料的性质和接触情况来预测接触热阻。 1接触热阻的形成原因
发热芯片与散热器之间形成的固体接触，由于
表面粗稳的原因，在微观上，实际接触仅仅发生在些离散的面上，并且这些接触面形状大小均不规则，固体之间还存在大量的微小空隙，如图1所示。
当芯片工作时产生的热量流经散热器与芯片之间的接触面时，由于微小空隙的存在，芯片上表面的热量分别通过实际接触点和空隙填充介质两条途
lo1 2013年第01期，第46卷总第253期
通信技术
Communications Technology
Vol.46,No.01,2013
No. 253, Totally
接触热阻的计算及ICEPAK环境下的数值模拟
吴圣陶，曾柯杰，刘恒（西南通信研究所，四川成都610041）
【摘要】为解决通信装备大功率芯片与散热器之间接触热阻的难以估算的现实问题，从粗糙表面的微观数学描述入手，采用截锥体的粗糙峰形状论述粗糙表面的数学模型，并结合接触分热阻理论建立了接独热阻的计算模型。为使于实际应用，对该计算模型进行了工程简化；应用ICEPAK软件结合粗稳表面的数学模型建立了热仿真模型，并对四个工况的接触热阻进行数值模拟，通过对比简化模型和数值模拟的计算结果表明：在通常情况下简化模型对于预测接触热阻具有一定的工程实用价值，
【关键词】截锥体；粗糙峰；接触热阻；数值模拟
【中图分类号】TN802
【文献标识码】A
【文章编号】1002-0802(2013)01-0101-04
ComputingModel and Numerical Simulation of ThermalContact Resistance
wU Shentao,ZENG Ke-jie,LIU Heng
(Southwest Communication,Institute, Chengdu Sichuan 610041, China)
【AbstractJIn order to find solution for complicated calculation of thermal contact resistance between chip and heat sink in communication equipment, with the microcosmic mathematics model and by using the frustum the surface roughness is discussed. Based on thermal resistance theory, a mathematic model for computing thermal contact resistance is established, and this model is also simplefied to improve its practicability. Based on the microcosmic mathematics model of rough surface, a thermal simulation model with ICEPAK is constructed, and the thermal contact resistances in four cases are simulated numerically under ICEPAK. The comparion of the results with simplified model and numerical simulation indicates that the simplified model is of certain practical value in estimating the thermal contact resistance under normal conditions.
[Key words] frustum; roughness; thermal contact resistance: numerical simulation
0引言
随着通信装备集成度的不断提高，大功率芯片的应用也越来越广泛，重要芯片的热失效率往往成为影响整个装备可靠性的关键因素。在工程实际中，芯片的散热主要通过散热器以固体接触导热方式来实现的，固体界面间接触热阻的大小在很大程度上决定了芯片的散热与运行状况。如何快速准确的预测芯片与散热器之间的接触热阻对于通信装备的工收稿日期：2012-11-08。
作者简介：吴圣（1978-），男，工程师，主要研究方向
为高集成度电子产品热仿真分析与工程实现：曾柯杰（1979-），男，工程师，主要研究方向为电子产品新型散热材料应用技术：刘恒（1980-），男，工程师，主要研究方向为散热理论与应用技术。
程热分析具有十分重要的意义。接触热阻与表面粗糙度、界面间隙中的介质及外界压力等因素有密切的关系。近年来一直在探求易于使用的理论方法或半经验方法，即通过接触表面各参数以及接触界面
材料的性质和接触情况来预测接触热阻。 1接触热阻的形成原因
发热芯片与散热器之间形成的固体接触，由于
表面粗稳的原因，在微观上，实际接触仅仅发生在些离散的面上，并且这些接触面形状大小均不规则，固体之间还存在大量的微小空隙，如图1所示。
当芯片工作时产生的热量流经散热器与芯片之间的接触面时，由于微小空隙的存在，芯片上表面的热量分别通过实际接触点和空隙填充介质两条途
lo1 2013年第01期，第46卷总第253期
通信技术
Communications Technology
Vol.46,No.01,2013
No. 253, Totally
接触热阻的计算及ICEPAK环境下的数值模拟
吴圣陶，曾柯杰，刘恒（西南通信研究所，四川成都610041）
【摘要】为解决通信装备大功率芯片与散热器之间接触热阻的难以估算的现实问题，从粗糙表面的微观数学描述入手，采用截锥体的粗糙峰形状论述粗糙表面的数学模型，并结合接触分热阻理论建立了接独热阻的计算模型。为使于实际应用，对该计算模型进行了工程简化；应用ICEPAK软件结合粗稳表面的数学模型建立了热仿真模型，并对四个工况的接触热阻进行数值模拟，通过对比简化模型和数值模拟的计算结果表明：在通常情况下简化模型对于预测接触热阻具有一定的工程实用价值，
【关键词】截锥体；粗糙峰；接触热阻；数值模拟
【中图分类号】TN802
【文献标识码】A
【文章编号】1002-0802(2013)01-0101-04
ComputingModel and Numerical Simulation of ThermalContact Resistance
wU Shentao,ZENG Ke-jie,LIU Heng
(Southwest Communication,Institute, Chengdu Sichuan 610041, China)
【AbstractJIn order to find solution for complicated calculation of thermal contact resistance between chip and heat sink in communication equipment, with the microcosmic mathematics model and by using the frustum the surface roughness is discussed. Based on thermal resistance theory, a mathematic model for computing thermal contact resistance is established, and this model is also simplefied to improve its practicability. Based on the microcosmic mathematics model of rough surface, a thermal simulation model with ICEPAK is constructed, and the thermal contact resistances in four cases are simulated numerically under ICEPAK. The comparion of the results with simplified model and numerical simulation indicates that the simplified model is of certain practical value in estimating the thermal contact resistance under normal conditions.
[Key words] frustum; roughness; thermal contact resistance: numerical simulation
0引言
随着通信装备集成度的不断提高，大功率芯片的应用也越来越广泛，重要芯片的热失效率往往成为影响整个装备可靠性的关键因素。在工程实际中，芯片的散热主要通过散热器以固体接触导热方式来实现的，固体界面间接触热阻的大小在很大程度上决定了芯片的散热与运行状况。如何快速准确的预测芯片与散热器之间的接触热阻对于通信装备的工收稿日期：2012-11-08。
作者简介：吴圣（1978-），男，工程师，主要研究方向
为高集成度电子产品热仿真分析与工程实现：曾柯杰（1979-），男，工程师，主要研究方向为电子产品新型散热材料应用技术：刘恒（1980-），男，工程师，主要研究方向为散热理论与应用技术。
程热分析具有十分重要的意义。接触热阻与表面粗糙度、界面间隙中的介质及外界压力等因素有密切的关系。近年来一直在探求易于使用的理论方法或半经验方法，即通过接触表面各参数以及接触界面
材料的性质和接触情况来预测接触热阻。 1接触热阻的形成原因
发热芯片与散热器之间形成的固体接触，由于
表面粗稳的原因，在微观上，实际接触仅仅发生在些离散的面上，并且这些接触面形状大小均不规则，固体之间还存在大量的微小空隙，如图1所示。
当芯片工作时产生的热量流经散热器与芯片之间的接触面时，由于微小空隙的存在，芯片上表面的热量分别通过实际接触点和空隙填充介质两条途
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