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DELPHI模型应用的注意事项

西贝老师

11月前浏览16294

IC封装建模主要分成详细建模（Detailed Thermal Model, DTM）和紧凑式建模（Compact Thermal Model, CTM）两大类。

最常用的两种CTM是双热阻（2R）模型和DELPHI模型。

本文主要对JESD15-4DELPHI Compact Thermal Model Guideline最后应用部分进行机翻修改，供大家交流研究~

概述

DELPHI紧凑型模型可用于直接支持此类模型的仿真工具，或提供构建DELPHI模型的构建块的仿真工具。仿真工具可以属于以下任一类：

热网络计算器；

三维仿真工具

对于网络计算器，网络链路（电阻器）是整个系统网络的一部分。图面节点链接到环境中的相应节点。有关在网络计算器工具中应用紧凑型模型网络的更详细说明，请参阅 JEDEC 标准 JESD15-3（双电阻紧凑型热模型指南）。

重要的是要记住，DELPHI紧凑型模型的可用性并不能消除对封装应用场景理解的需要。换句话说，用户有责任考虑封装周围的环境。相关应用的环境条件必须作为边界条件应用于表面节点。

三维建模和仿真工具

概述

这类软件工具使用数值离散化方案求解控制 3D 域传热的本构方程。因此，求解结温不涉及环境网络型方程的求解，而是一组联立微分方程。

在大多数实际应用中，数值模拟还涉及离散化解域，这是通过称为网格化（或网格划分）的过程实现的。求解的精度受网格密度的影响。当网格的任何额外增加对结果的影响很小时，网格密度足够高。

除了考虑辐射传热外，在某些工具中，还需要识别在很大程度上参与辐射交换的表面，并将适当的发射率分配给所有外表面。表面的发射率取决于材料以及表面的光滑度或抛光度。表面抛光程度越高，发射率越低。与问题几何形状相关的辐射视图因子通常由大多数工具自动计算。

紧凑模型的三维表征是需要的。在使用该模型时，必须考虑其表征对封装周围热环境（通常涉及复杂的三维传热和/或流体流动）的影响。因此，应尽可能准确地表示封装的外部物理几何形状，以计算

封装与周围环境之间的正确相互作用。

从广义上讲，此类工具分为两类：

传导建模（非CFD）仿真工具;

计算流体动力学（CFD）仿真工具。

传导建模工具

传导建模工具求解系统固体部分内传导传热（通常是辐射）的控制方程。气流的影响不是直接求解的，而是在固体-空气界面上以等效传热系数的形式表示。对于DELPHI紧凑型模型，需要在模型的顶部和侧面应用适当的传热系数。传热系数附着在仅暴露于空气的表面节点处的紧凑模型上。与PCB和/或散热器接触的表面在传导传热计算中处理。

计算流体动力学（CFD）工具

CFD 工具可直接求解系统的固体和空气部分。这是通过求解纳维-斯托克斯方程来实现的，纳维-斯托克斯方程控制着空气侧的流体流动和传热。在固体部分，求解控制传导传热的方程。几乎所有可用的 CFD 工具都可以解决辐射传热问题。由于 CFD 工具除了对传热的传导和辐射模式进行建模外，还显式模拟了气流（对流），因此无需将传热系数应用于模型。

在CFD工具中，应注意封装外部物理几何形状的表示，以确保封装与周围气流之间的正确相互作用。换言之，DELPHI紧凑型模型对外流的影响应与实际封装相同。这意味着理想情况下，紧凑型模型必须产生与详细模型相同的流动阻力（即压降）。它还必须提供与该环境类似的热相互作用。因此，在平面图中，模型的大小应与封装的轮廓相匹配。

模型的高度也应与封装的安装总高度相匹配。

表面发射率应用于暴露的表面，通常作为表面附着，以考虑辐射传热。

在 3D 空间中表示 DELPHI 紧凑型模型

有几种可行的方法可以在 3D 空间中表示 DELPHI 紧凑模型，这是传导建模和 CFD 工具所必需的。从本质上讲，该问题涉及在三维空间中表示热电阻网络（类似于图 1 所示）。