HPD 功率模块节温，热阻仿真

Spaceclaim预处理

Fluent Meshing 网格划分

Fluent Solver 湍流求解

Ansys 仿真学习

Windwos下Spaceclaim处理，导入Ubuntu下Fluent后续处理。

这个报错“求解器发散，能量方程不收敛”弹出来的时候，正在跑一个HPD模块的稳态热仿真，环境温度85度，散热器底面给了对流系数3000 W/(m²·K)，结果芯片结温跑到300多度还在往上涨。

回去查了半天，是TIM层的热导率填错了，随手写了3 W/(m·K)，实际导热硅脂是0.8到1.5，导热垫片是1到3，填大了之后热量传不下去，芯片温度就飞了。TIM层是热阻的重要来源，HPD模块里芯片到壳体的热阻，TIM占了很大一部分。

导热硅脂热导率1到3 W/(m·K)，厚度0.05到0.1mm；导热垫片1到3，厚度0.5到2；焊料层用SnAgCu热导率40到60，AuSn是57，厚度0.05到0.1；DBC基板的AlN陶瓷170到200，Al2O3是24到30，铜层388到400。这些数都是查手册和供应商datasheet来的，D:\Fluent_work\thermal\material.xlsx里存着。

边界条件是对流系数给大了还是给小了，一跑就看得出来。风冷自然对流5到25 W/(m²·K)，强制风冷50到200，水冷液冷的话3000到6000是常规量级。有个液冷变频器的案例，入口质量流量0.13525 kg/s，温度65度，冷却液50%乙二醇水溶液，流速1 m/s，芯片平均结温81.42度，热阻0.63 °C/W。这些数据可以当基准，用之前先确认工况跟自己的对不对得上。

热源加载不能整个模块给一个总功率，要分到每颗芯片上。HPD封装里6颗IGBT加6颗二极管，IGBT每颗80W，二极管每颗100W，系统总功率3240W，这是液冷变频器案例里的数。把功率均匀加载到芯片表面，别加在壳体的底面或者整个模块上。芯片和焊层之间的接触热阻不能忽略，界面两侧有温度梯度，接触热阻没设的话仿真结果会偏乐观。

建模仿真的策略，稳态分析用Icepak或者Fluent的共轭传热模块，做稳态温度场，看最高结温和热流路径。瞬态分析在稳态基础上加功率阶跃，做热阻抗曲线，用Foster网络拟合出RC参数，后续系统级仿真直接调RC网络就行了，不用每次都跑3D CFD。电热双向耦合是更高一层的需求，母排和bongding线的焦耳热、电导率随温度变化这些一起算。

模块内部结构简化有个度。芯片到壳体的热传导路径如果简化太厉害，仿真会偏离实测，英飞凌社区里有人把Rjc的误差做到20%，讨论下来原因主要是边界条件跟实际测试环境不一致、TIM层的接触热阻没充分考虑、热电偶安装位置偏差这些。

从CAD导入用STEP文件，Icepak里自定义材料库把每层材料的热物性赋上去，空气域设成“不参与求解”来缩短计算时间，液冷为主的话这个简化是合理的。网格在芯片和TIM层加密，长宽比控制在10以内，硅凝胶封装层可以粗一点，最外层空气域可以更粗。

仿真跟实测对不上先查TIM层的热导率和厚度，这两个参数输入偏差直接导致热阻偏差。再查对流系数跟实际散热条件是否一致，自然对流和强制风冷的对流系数差一个数量级，用错了结温能差几十度。接触热阻和封装内部简化再排查。T3ster实测Rjc本身有±5%的误差，仿真做到跟实测差10%以内就算正常了，差20%以上肯定有输入参数错了。

D:\Fluent_work\thermal\下面那个HPD模块的Icepak工程，TIM层热导率已经改成1.5，跑完结温从300多度降到142度，但还是偏高了，散热器底面改成6000 W/(m²·K)再跑一遍，跟实测的Rjc差多少，下次把那个Foster网络的拟合结果也存进去，RC参数是……

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删