[發明專利]一種水冷板仿真設計方法

在審

• 申請號: 202010719725.1
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111859485A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 孫微;范濤;溫旭輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 劉靜

1.一種水冷板仿真設計方法，其特征在于，所述水冷板用于為功率模塊散熱，所述功率模塊包括基板及多個芯片，所述水冷板仿真設計方法包括：

根據所述功率模塊的內部芯片的布局、芯片參數及基板的尺寸，在仿真軟件中建立功率模塊的簡化熱阻模型；

在所述功率模塊的簡化熱阻模型的芯片區域設置水冷板流道結構，得到水冷板模型；

根據所述功率模塊的實際工況中的發熱量、所述簡化熱阻模型及水冷板模型，建立仿真模型，并進行仿真之后，根據仿真結果優化水冷板流道結構。

2.根據權利要求1所述的水冷板仿真設計方法，其特征在于，所述芯片參數包括芯片內部元器件熱阻、芯片到水冷板的接觸熱阻、芯片正常工作溫度范圍。

3.根據權利要求2所述的水冷板仿真設計方法，其特征在于，所述根據所述功率模塊的內部芯片的布局、芯片參數及基板的尺寸，在仿真軟件中建立功率模塊的簡化熱阻模型的過程，包括：

將所述功率模塊的基板的尺寸作為所述簡化熱阻模型的基板的尺寸，并根據所述功率模塊的基板的材料，確定所述簡化熱阻模型的基板的材料；

根據所述功率模塊的全部芯片的內部元器件熱阻、芯片到水冷板的接觸熱阻，得到每個芯片的熱阻參數；

根據每個芯片的熱阻參數、尺寸，得到每個芯片的雙熱阻模型；

根據所述功率模塊的全部芯片的布局、每個芯片的雙熱阻模型，在仿真軟件中建立功率模塊的簡化熱阻模型。

4.根據權利要求1所述的水冷板仿真設計方法，其特征在于，在所述功率模塊的簡化熱阻模型的芯片區域設置水冷板流道結構，得到水冷板模型的過程，包括：

根據所述功率模塊的發熱量、每個芯片的尺寸及芯片布局，確定發熱源區域；

根據所述發熱源區域設計水冷板流道結構尺寸，所述水冷板流道結構的尺寸小于所述功率模塊的基板尺寸，所述水冷板流道結構的尺寸大于所述發熱源區域。

5.根據權利要求4所述的水冷板仿真設計方法，其特征在于，根據所述功率模塊的發熱量、每個芯片的尺寸及芯片布局，確定發熱源區域的過程，包括：

根據所述功率模塊的實際工況下的總損耗，計算每個芯片的發熱量；

根據每個芯片的發熱量、每個芯片的尺寸及芯片布局，確定發熱源區域。

6.根據權利要求1所述的水冷板仿真設計方法，其特征在于，根據所述功率模塊的實際工況中的發熱量、所述簡化熱阻模型及水冷板模型，建立仿真模型，并進行仿真之后，根據仿真結果優化水冷板流道結構的過程，包括：

根據所述功率模塊的簡化熱阻模型及水冷板模型，建立仿真模型；

根據所述功率模塊的實際工況的發熱量，設置每個芯片的發熱量、冷卻介質的入口溫度及入口流量，對仿真模型進行水冷板散熱仿真之后，得到所述功率模塊的簡化熱阻模型中的每個芯片的雙熱阻模型的結溫；

根據所述每個芯片的雙熱阻模型的結溫及工作溫度要求，判斷每個芯片的雙熱阻模型的結溫是否在其正常工作溫度范圍內，及各個芯片之間的結溫偏差是否超過預設偏差值；

當至少一個芯片的雙熱阻模型的結溫不在其正常工作溫度范圍內，或各個芯片之間的結溫偏差超過預設偏差值時，對水冷板流道結構進行優化。

7.根據權利要求6所述的水冷板仿真設計方法，其特征在于，所述對水冷板流道結構進行優化的過程，包括：

通過預設優化方法對所述水冷板流道結構進行優化，所述預設優化方法包括：增加流體擾動方法，增大水冷板流道結構與芯片的換熱面積、增大冷卻介質流速。