[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

本發明公開了一種水冷板仿真設計方法，包括：根據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；在功率模塊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；根據功率模塊的實際工況中發熱量、簡化熱阻模型及水冷板模型，建立仿真模型，根據仿真結果優化水冷板流道結構。本發明建立每個芯片的雙熱阻模型，根據芯片布局、芯片尺寸、每個雙熱阻模型，建立功率模塊的簡化熱阻模型，在芯片區域設置水冷板流道結構得到仿真模型，并在仿真之后，根據每個芯片結溫，對水冷板流道結構優化，從而仿真得到的熱點區域與實際工況中的熱點區域一致，合理利用水冷板的散熱能力。

技術領域

本發明涉及散熱設備技術領域，具體涉及一種水冷板仿真設計方法。

背景技術

現代電子設備對可靠性要求、性能指標、功率密度等要求進一步提高，電子設備的熱設計也越來越重要。功率器件是多數電子設備中的關鍵器件，其工作狀態的好壞直接影響整機可靠性、安全性以及使用壽命。散熱設計中，通常假設功率模塊發熱均布于整個功率模塊基板上，這種建模方法簡單易操作，但忽略了功率模塊內芯片的集中發熱，所以計算結果比實際偏低，而且不能直接得到功率模塊的結溫。一般仿真模型中熱源是均勻分布的，因此水冷板溫度最高點通常在發熱區域的中心位置。但由于功率模塊內部熱源(芯片)實際上是離散分布的，所以實際水冷板溫度最高點應在各個芯片的正下方。也就是說，仿真與實際的熱點位置存在較大差別，因此不能針對實際的熱點區域進行局部優化設計。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中的在水冷板仿真設計中，對功率模塊的發熱點定位不準確且不能直接得到芯片結溫的缺陷，從而提供一種水冷板仿真設計方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明實施例提供一種水冷板仿真設計方法，水冷板用于為功率模塊散熱，功率模塊包括基板及多個芯片，芯片固定于基板上，水冷板仿真設計方法包括：根據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；根據功率模塊的實際工況中的發熱量、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。

在一實施例中，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。

在一實施例中，根據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：將功率模塊的基板的尺寸作為簡化熱阻模型的基板的尺寸，并根據功率模塊的基板的材料，確定簡化熱阻模型的基板的材料；根據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。

在一實施例中，在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；根據發熱源區域設計水冷板流道結構尺寸，水冷板流道結構的尺寸小于功率模塊的基板尺寸，水冷板流道結構的尺寸大于發熱源區域。

在一實施例中，根據功率模塊的發熱量、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。