電子組件的電熱建模與可靠性預(yù)測(cè)（二）

　　熱阻Rja也可通過(guò)用REBECA-3D軟件模擬PCB上所安裝的封裝來(lái)快速計(jì)算。REBECA-3D可以考慮所有的PCB信息(敷銅層、FR4層以及過(guò)孔等)。該軟件也自動(dòng)考慮環(huán)境條件，用來(lái)計(jì)算模型各表面的對(duì)流交換，包括PCB的方向(重力方向)和輻射熱遷移。

　　這些類型的建模對(duì)于確保電子器件封裝的熱性能和優(yōu)化設(shè)計(jì)很有幫助。瞬態(tài)熱阻抗Zth的計(jì)算也可以通過(guò)在瞬態(tài)仿真中考慮占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　2. 熱-電冷卻器建模(光電應(yīng)用)

　　光電二極管的可靠性和壽命是通過(guò)熱電冷卻器的熱量管理來(lái)保證的。要通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)臒犭娎鋮s器(面積、最大強(qiáng)度、組數(shù)等)，并控制恰當(dāng)使用強(qiáng)度以獲得適合溫度的方法來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)常常是一個(gè)困難。

　　通過(guò)向用戶提供模擬任何一種熱電冷卻器和自動(dòng)尋找工作強(qiáng)度的可能性，REBECA-3D克服了這個(gè)困難。

　　3. 電熱模擬(工作模式)

　　在電子元件的壽命期間，強(qiáng)度和電壓是時(shí)間的函數(shù)。由于整個(gè)幾何中的耗散功率取決于強(qiáng)度和溫度，我們需要考慮工作曲線(V(t)、I(t))，才能更好地模擬功率損失的局域化和密度。

　　在瞬態(tài)仿真過(guò)程中，強(qiáng)度和電壓值需要對(duì)整個(gè)幾何中的功率密度值進(jìn)行計(jì)算，它可用來(lái)計(jì)算每個(gè)時(shí)刻的溫度場(chǎng)。在瞬態(tài)仿真中，依賴于溫度的材料特性(熱傳導(dǎo)性、密度、比熱)自動(dòng)發(fā)生變化，硅材料尤其如此。 (圖9)

　　4. 功率電子器件中的電-熱-流體仿真

　　功率電子器件的可靠性和壽命取決于溫度。今天，隨著大規(guī)模集成換能器的出現(xiàn)，高密度功率必須通過(guò)異質(zhì)材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，全局性的熱分析對(duì)于優(yōu)化工作能力和可靠性已具有決定意義。

　　傳統(tǒng)的熱研究建立在等價(jià)RC電路或有限元傳導(dǎo)模型的基礎(chǔ)之上，只模擬組件中硅片與基板之間的熱傳導(dǎo)。因此，對(duì)冷卻系統(tǒng)的模擬只采用了固定的溫度或恒定的對(duì)流系數(shù)。

　　為了改進(jìn)功率電子器件中的熱管理，我們提出了一個(gè)全局性的方法：

　　通過(guò)使用熱電偶，我們首次對(duì)測(cè)量和仿真的結(jié)果進(jìn)行了比較，其差異通常小于3%。其次，我們使用了一個(gè)對(duì)表面有著相同發(fā)射率的紅外攝相機(jī)。如圖13所示，仿真結(jié)果和測(cè)量結(jié)果具有相同的形狀，并且其最大溫度值相同。熱模型和熱散發(fā)模型得到了完整的驗(yàn)證。 (圖13)