預(yù)測器件的溫度是熱仿真的主要目的，而控制溫度則是熱設(shè)計工作的中心目的。無論哪種方式，熱量是器件散熱發(fā)出的，器件升溫變熱，如果溫度過高，器件損壞甚至導(dǎo)致整個電路不能正常工作。因此當(dāng)進(jìn)行熱仿真時，那么如何創(chuàng)建一個好的器件模型是熱仿真的關(guān)鍵所在。
截止目前，大部分熱仿真工作采用的都是CFD技術(shù)。使用3D的CFD技術(shù)來定義器件、單板、散熱器、機(jī)箱、風(fēng)機(jī)等一切輸入。然后通過對N-S方程進(jìn)行簡化，并采用不同的差分格式來進(jìn)行熱和流動的計算。
為什么沒有任何關(guān)于建立器件模型的問題呢?當(dāng)然你很想第一它，因為它們是現(xiàn)實中存在的東西。但這一切都有賴于器件數(shù)據(jù)的可用性。器件是相當(dāng)復(fù)雜的，包含了很多不同的部件，而且有不同的材料屬性，從引腳到引腳架，從內(nèi)部散熱片到晶片等等，如果自己動手一個個建立每個部件，那將是一個很復(fù)雜甚至瘋狂的事。
那么，為什么不從器件生產(chǎn)商哪兒獲取器件的詳細(xì)信息呢?那是因為器件的內(nèi)部構(gòu)造是生產(chǎn)商們的核心機(jī)密，它們最多可以給大家提供一個完整的3D物理描述。
然而對于熱設(shè)計工程師而言，器件信息的缺失對于熱仿真來說是個非常嚴(yán)重的問題。但是，信息的缺失卻無法改變迫切的需求，因此在20年來出現(xiàn)了很多種不同的器件建模方式。
首先，集中參數(shù)法塊模型(Lumped Block)是最早出現(xiàn)的，它就是把器件看成單一材料的3D實體塊。
對于一些列的數(shù)據(jù)來說，我們最實用的數(shù)據(jù)就是器件的尺寸，這是由生產(chǎn)商根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)計的。器件封裝技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，根據(jù)不同的封裝類型及封裝尺寸，不同廠家的器件基本都遵循了通用的封裝規(guī)格，只是內(nèi)部的構(gòu)造有所不同。
在現(xiàn)實中，一個器件不同位置的溫度是不一樣的。結(jié)(die)的溫度最高，而封裝的四周邊角溫度則最低。器件一般都會被要求工作在一個指定的最高結(jié)溫或殼溫下。那么我們?nèi)绾文芡ㄟ^塊模型來獲取器件的溫度分布情況呢?答案是否定的，塊模型無法準(zhǔn)確的獲得器件自身的溫度分布情況。即使你知道結(jié)的準(zhǔn)確位置也沒有用，因為你不知道內(nèi)部熱流的流動情況。因此，在使用塊模型時，你只需要把他當(dāng)做一個物性一致的發(fā)熱塊即可，它不能非常準(zhǔn)確的預(yù)測器件自身的溫度分布，但相對于整個系統(tǒng)來說，這個器件(無論詳細(xì)模型還是塊模型)發(fā)熱引起的系統(tǒng)熱流場是基本一致的。
下面對于塊模型而言，我們需要考慮的就是其材料屬性的定義。一個3D的熱仿真需要每一個固體物質(zhì)都有導(dǎo)熱系數(shù)(穩(wěn)態(tài))以及密度、熱容(瞬態(tài))的定義。那么我們該如何定義塊模型器件的導(dǎo)熱系數(shù)呢?塊模型是一種通過集中參數(shù)法來簡化的建模方式，也就是將器件內(nèi)部不同的材料依據(jù)含量、材料屬性等來計算出一個等效值，賦予給塊模型。但是，對于我們熱設(shè)計工程師而言，我們是很難獲得器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)及相關(guān)材料屬性的。
在20年前，熱仿真工程師們根據(jù)當(dāng)時的器件封裝情況及熱仿真經(jīng)驗將器件的導(dǎo)熱系數(shù)統(tǒng)一設(shè)置為10W/m-k。幾年后，隨著器件封裝技術(shù)的發(fā)展及仿真軟件自身的發(fā)展，F(xiàn)lotherm公司推薦熱設(shè)計工程師們在設(shè)置器件屬性的時候?qū)⑺芰戏庋b的器件設(shè)置為5W/m-k，而陶瓷封裝的器件設(shè)置為15W/m-k。
