[發(fā)明專利]宏觀熱導(dǎo)率計(jì)算方法及其計(jì)算裝置、存儲(chǔ)介質(zhì)和設(shè)備

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010877095.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-27
• 公開（公告）號(hào): CN114117874A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯濟(jì)豹;陸曉欣;孫蓉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G06F30/25
• 分類號(hào): G06F30/25;G16C10/00
• 代理公司: 深圳市銘粵知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰

本發(fā)明公開了一種宏觀熱導(dǎo)率計(jì)算方法及其計(jì)算裝置、存儲(chǔ)介質(zhì)和計(jì)算機(jī)設(shè)備。所述宏觀熱導(dǎo)率計(jì)算方法包括：將預(yù)先構(gòu)建的熱界面材料結(jié)構(gòu)模型劃分為預(yù)定數(shù)量的單元晶胞，所述預(yù)定數(shù)量的單元晶胞包括多類熱導(dǎo)率不同的單元晶胞；依次獲取每個(gè)單元晶胞的熱導(dǎo)率和位置參數(shù)；根據(jù)每個(gè)單元晶胞的熱導(dǎo)率和位置參數(shù)計(jì)算得到每個(gè)單元晶胞的熱流場(chǎng)和溫度梯度場(chǎng)；根據(jù)所有單元晶胞的熱流場(chǎng)和溫度梯度場(chǎng)得到所述熱界面材料結(jié)構(gòu)模型的宏觀熱導(dǎo)率。通過將熱界面材料結(jié)構(gòu)模型劃分為多個(gè)單元晶胞，分別對(duì)識(shí)別各個(gè)單元晶胞的屬性并賦予相應(yīng)熱導(dǎo)率，從而單獨(dú)計(jì)算各個(gè)單元晶胞的熱流場(chǎng)和溫度梯度場(chǎng)，提高宏觀熱導(dǎo)率的計(jì)算準(zhǔn)確率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子結(jié)構(gòu)材料特性的仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及熱界面材料結(jié)構(gòu)模型的宏觀熱導(dǎo)率計(jì)算方法、宏觀熱導(dǎo)率計(jì)算裝置、計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)、計(jì)算機(jī)設(shè)備。

背景技術(shù)

電子封裝結(jié)構(gòu)逐漸小型化和高功率化使電子產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量隨之增加，從而嚴(yán)重影響器件的性能和壽命。解決器件散熱問題的一種有效的方法就是在芯片和散熱器之間填充一層具有高導(dǎo)熱系數(shù)和良好可壓縮性的熱界面材料以降低接觸熱阻。在高分子中添加具有高導(dǎo)熱系數(shù)的球形顆粒是熱界面材料最常見的選擇，合理地選擇填料并調(diào)配填料和聚合物基體的比例在學(xué)術(shù)和工業(yè)應(yīng)用方面都具有重要意義。

考慮到實(shí)驗(yàn)研究成本高、周期長，目前國內(nèi)外很多關(guān)于界面材料的導(dǎo)熱性質(zhì)的研究是基于計(jì)算模擬的方法，主流方向主要分為兩種。一種是解析模型和半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停鏜axwell-Garnett模型、Bruggman模型、Russel模型，Lewis-Nielsen模型等，這些模型通過理論推導(dǎo)或經(jīng)驗(yàn)公式給出材料宏觀熱導(dǎo)率隨填料體積分?jǐn)?shù)變化的預(yù)測(cè)值。另一種是數(shù)值模擬算法，主要是有限元方法，該方法針對(duì)具體的微結(jié)構(gòu)利用離散化的方法對(duì)復(fù)合材料熱導(dǎo)率進(jìn)行均質(zhì)化計(jì)算。

然而，解析模型或半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵话阒贿m用于低填充體積分?jǐn)?shù)的熱界面材料，對(duì)于高填充密度的材料的性能預(yù)測(cè)并不準(zhǔn)確，具有很大的局限性。同時(shí)，該方法也無法具體模擬微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)(例如顆粒的尺寸分布、不同顆粒混雜、顆粒和顆粒之間的接觸熱阻等)對(duì)宏觀熱導(dǎo)率的影響。并且基于有限元的數(shù)值方法，其模型建立的復(fù)雜度高，計(jì)算效率較慢。

發(fā)明內(nèi)容

(一)本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：如何識(shí)別各個(gè)不同區(qū)域的熱導(dǎo)率，從而準(zhǔn)確地模擬整個(gè)材料模型的宏觀熱導(dǎo)率。

(二)本發(fā)明所采用的技術(shù)方案

一種熱界面材料結(jié)構(gòu)模型的宏觀熱導(dǎo)率計(jì)算方法，所述宏觀熱導(dǎo)率計(jì)算方法包括：

將預(yù)先構(gòu)建的熱界面材料結(jié)構(gòu)模型劃分為預(yù)定數(shù)量的單元晶胞，其中所述預(yù)定數(shù)量的單元晶胞包括多類熱導(dǎo)率不同的單元晶胞，且各個(gè)單元晶胞的尺寸相同；

依次獲取每個(gè)單元晶胞的熱導(dǎo)率和位置參數(shù)；

根據(jù)每個(gè)單元晶胞的熱導(dǎo)率和位置參數(shù)計(jì)算得到每個(gè)單元晶胞的熱流場(chǎng)和溫度梯度場(chǎng)；

根據(jù)所有單元晶胞的熱流場(chǎng)和溫度梯度場(chǎng)得到所述熱界面材料結(jié)構(gòu)模型的宏觀熱導(dǎo)率。

優(yōu)選地，獲取每個(gè)單元晶胞的熱導(dǎo)率的方法包括：

計(jì)算每個(gè)所述單元晶胞的判定點(diǎn)與各個(gè)填充顆粒的球心之間的距離；

根據(jù)每個(gè)所述單元晶胞的判定點(diǎn)與各個(gè)填充顆粒的球心之間的距離和各個(gè)填充顆粒的半徑的大小關(guān)系確定每個(gè)單元晶胞的材料屬性；

根據(jù)每個(gè)單元晶胞的材料屬性確定每個(gè)單元晶胞的熱導(dǎo)率。

優(yōu)選地，根據(jù)每個(gè)所述單元晶胞的判定點(diǎn)與各個(gè)填充顆粒的球心之間的距離和各個(gè)填充顆粒的半徑的大小關(guān)系確定每個(gè)單元晶胞的材料屬性的方法包括：

判斷所述單元晶胞的判定點(diǎn)與各個(gè)填充顆粒的球心之間的距離是否小于或等于所述填充顆粒的半徑；