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211、985硕士，职场15年+
从事结构设计、热设计、售前、产品设计、项目管理等工作，涉足消费电子、新能源、医疗设备、制药信息化、核工业等领域
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本期给大家带来的是关于导热材料仿真建模方法研究内容，希望对大家有帮助。
前面有几篇文章中有案例专题，其中有提到关于散热器、导热界面材料的内容，感兴趣的可以看看。
新能源4kW_AC-DC充电机全栈设计解密：结构×热管理×材料选型×仿真验证×报告输出
工程师的散热指南：散热器分类、工艺避坑与报价策略
这样高导热性能的材料，外面的型号很多，品牌也很多，那么我们在做实际项目时，是如何进行选型和仿真测试验证的呢？
接下来，就分享关于导热界面材料选用及仿真建模方法。
材料参数
首先，我们来回顾一下关于导热界面材料。
刚性固体接触面间会产生细小的缝隙。可以用柔性的介质填充这些缝隙，连接导热路径。导热界面材料是这类材料的统称。有导热衬垫(thermalpad)，导热硅脂(thermalgrease)导热凝胶(thermal gel)等。
其主要作用是填补刚性面接触间的空气间隙，以此减少导热路径上的接触热阻，示意图如下所示，
在文章：散热器性能评估：理论计算、仿真分析、实验测试标准指南，大家可以看到散热器的有效散热面积越大，其散热能力越强。在热传递过程中，传热面积很重要。
但芯片的面积往往很小，需要将芯片的热量传递到表面积更大的结构件中，那么导热材料就实现了连通芯片和大的表面积结构件之间热通路，如下图所示，
常用的导热材料有以下几种，
导热硅脂(grease)
导热衬垫(thermal pad)
导热双面胶带(thermal tape)
导热凝胶(thermal gel)
相变材料(PCM，phase change material)
对于空间尺寸受限，元器件的功率密度很大的场景，对导热系数要求很高，比如手机、平板电脑等产品，导热硅脂用的会比较多，对于额外需要有绝缘、一定的抗震性能，需要缓冲的应用场景，比如车载模块系统中，一般导热衬垫（thermal pad）应用会比较多。
当然还有一些，比如灌封胶、导热凝胶、相变材料，则根据实际项目的需求，结合结构设计、热设计、成本、电路、供应链等条件进行选择。
界面材料的选择是热设计方案的关键之一。
选用导热界面材料之后，如何进行验证呢？
验证方法
一般有仿真测试、实际试验验证两种方式。
在各种仿真软件中进行测试验证，对于不同的导热材料，设置的方式也有所不同，但基本的建模方法有两种，
设置面积热阻（即接触热阻的方法）
建立实体模型，设置导热系数、密度等物理参数
以Flotherm、FloEFD软件为例，用导热硅脂进行导热，一般比较合适的方式是设置接触热阻。
在Flotherm中设置面积热阻的情况如下图所示，
需要注意以下几点，
设置的接触面为导热硅脂接触的最小的那个面，在此项目中，为中间的铜片，即上图的标识1；
这里的接触热阻，实际上是面积热阻，用公式R=L/（λ*A），计算出来的是热阻，这里一定得注意，即上图的标识2；
看准设置面的方向，即上图的标识3；
可以通过设置前后，设置面的颜色差异对比，验证是否设置成功，如上图所示。
案例
这个是之前做的逆变器的项目，视频教程以及仿真文档领取方式，感兴趣的自行领取，复制下方链接到浏览器即可。
https://www.bilibili.com/cheese/play/ep773500
另外，在FloEFD中设置面积热阻的情况如下图所示，
此为某LED的热设计，有原始可编辑3D模型，以及仿真源文件，要学习研究的可自行领取，下载链接如下，
https://www.bilibili.com/cheese/play/ss27772
可以看出，在FloEFD中，会直接显示的是接触热阻，与flotherm软件中一样，也是计算的面积热阻，所以基本的方法可以通用。
上面介绍的是关于厚度较薄的导热硅脂在仿真软件中设置方法，对于有一定厚度的导热垫片、硅胶片等，可以直接在软件中建立实体模型。
然后设置其物理参数，比如导热系数、密度等，但需要注意，仿真的时候实际上是安装后其被压缩后的情况，所以建模时，要考虑进去，避免干涉。
同时，因为存在压缩量，以及安装固定的平整度问题，可能会导致仿真与实际测试结果有偏差的潜在风险。
感兴趣的大家可自行研究一下，如有问题，可评论区评论或私信交流。
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