Тепловой расчет чипа / 2R-модель

[XapM 0]

Добрый день. Изучаю тепловой расчет электроники, в основном это печатная плата с тепловыделяющими чипами на ней. Для понимания принципа работы вычислителя FloEFD сделал простенькую расчетную модель в виде чипа и платы. Сверху над чипом твердотельная модель со свойствами воздуха.

Начальная температура твердого тела 20 градусов Цельсия.

Некий условный чип как 2R-модель:

-рассеиваемая мощность 3Вт;
-Сопротивления junction-board и junction-case 5 К/Вт (одинаковое значение поставил условно, все равно тепловой поток к воздуху будет значительно меньше, чем к плате).

 

Далее, назначил материалом платы алюминий и запустил нестационарный расчет, на 0.05 секунды, с шагом по 0.001 секунды. На таком коротком отрезке тепловым потоком к воздуху можно вообще пренебречь.

 

На графике результата видно, что температура p-n перехода (junction) после первого шага по времени (через миллисекунду) равна 35.2 градуса.

Эту цифру я могу с точки зрения физики понять.

По определению теплового сопротивления температура перехода в некий момент времени будет вычисляться как

Tj=Tamb+P*Rtheta+Tн

 

где Tamb - начальная температура платы P - рассеиваемая мощность, Rtheta - тепловое сопротивление от перехода к плате (junction-board), Tн - собственно, нагрев.

 

Для первого шага по времени, через миллисекунду это будет

 

Tj=Tamb+P*Rtheta+T1ms

Где Tamb=20, начальная температура. P - рассеиваемая мощность, Rtheta - тепловое сопротивление, T1ms - нагрев за миллисекунду.

T=20+3*5+T1ms=35,2.

Отсюда делаю вывод: уже на первом шаге FloEFD плюсует произведение мощности на сопротивление к стартовой температуре. То есть эта цифра появляется не в процессе расчета, а как математика исходных данных еще до начала расчета.

Это имеет смысл, так как теплоемкостью самого чипа (из-за которого слагаемое P*Rtheta вступит в силу не сразу) можно пренебречь.

 

А вот дальше начинаются непонятки. Поставил материал платы - FR4 (стеклотекстолит). И значение температуры после первого шага сразу скакнуло на 70 градусов.

 

Вот этого я понять уже не могу. Принципиально ничего не изменилось, тепловое сопротивление к плате прежнее. Да, теплоемкость и теплопроводность платы сильно уменьшились, но для первого шага по времени, для миллисекунды, это роли не играет.

Физический смысл этого значения температуры для меня ускользает. Складывается ощущение, что FloEFD опять же, не в процессе расчета, а сразу математикой исходных данных, докидывает к первому шагу еще какое-то слагаемое.

То есть формула температуры на первом шаге на самом деле

Tj=Tamb+P*Rtheta+T1ms+Х

Вопрос к знающим людям - что это за Х? Откуда берется такая сильная разница в температуре между металлом и стеклотекстолитом сразу на первом шаге по времени?

Добавлю, что эта разница не меняется при изменении физического времени этого шага. Можно поставить расчет на одну миллисекунду, с шагом в одну микросекунду. И все равно, в первую микросекунду температуры на металле и на FR4 будут различаться.

[ValeryMoscow 3]

попробуйте COMSOL - это на много лучше

[XapM 0]

18 часов назад, ValeryMoscow сказал:

попробуйте COMSOL - это на много лучше

Где найти какой-то пример/самоучитель для подобных задач? Беглый просмотр официальных tutorial вызывает впечатление, что чип надо моделировать подробно. Такой информации производители, конечно же, не дают. Есть в COMSOL идеализация по типу 2R модели? 

[ValeryMoscow 3]

COMSOL - это не астролябия, котортая сама все меряет ....
сначала знания физики и вычислительной математики... и лишь потом какая-то программа

[Jesse 977]

2 часа назад, XapM сказал:

Где найти какой-то пример/самоучитель для подобных задач?

Алямовский полно разобранных задач есть.
А так встроенный тутор с примерами.

Tutorial.pdf

В корне с папкой с солидом лежит c готовыми примерами
Ready.7z
Ready-CPU cooler.7z

 

На ютюбе тоже полно примеров. Особенно для начального уровня.

21 час назад, ValeryMoscow сказал:

попробуйте COMSOL - это на много лучше

да, но с такой прогой и СВ вполне справится, не?)

39 минут назад, ValeryMoscow сказал:

вычислительной математики...

в комсоле эти знания так шибко нужны что ли?..)

[XapM 0]

Так в том и дело, что мне не нужно рассчитывать чип в облаке плазмы на гиперзвуке, как может COMSOL. Нужен расчет согласно JEDEC стандартизованной 2R модели. Во флоЕФД он есть, вопрос только в сильном разбросе результатов. 

[SashaL 5]

Я бы SW Симулейшен применил бы.

[a_schelyaev 370]

А в чем разница?

 

[Fedor 1 625]

31.03.2022 в 17:09, ValeryMoscow сказал:

COMSOL - это не астролябия, которая сама все меряет ....
сначала знания физики и вычислительной математики... и лишь потом какая-то программа

Нынче настали времена компьютерного фетишизма, когда люди могут намного больше чем знают и понимают. Идет очередная революция в истории человечества.  Просто верят,   что есть программка, которая решит все их проблемы   :)

Как раньше вырезали божков когда один отвечал за дождь, другой за урожай и так далее. Потом объединили в одном. Как сейчас надеются объединить в едином ИИ :) 

Изменено 4 июня пользователем Fedor

[danzas 104]

В стремлении упростить и без того простую задачу ТС своими упрощениями ее максимально

загромоздил. ТС, ваши действия совершенно невпопад. Ваша задача в 3D (и без всяких упрощений)

заведомо примитивна, повторяю ЗАВЕДОМО ПРИМИТИВНА, и SWFS ее без труда просчитает как внешнюю задачу.  Ваши упрощения однозначно выносят мозг. Обратитесь к рекомендациям Jesse, разогрев микрочипа либо светодиода рассматривались неединожды.