電子組件的電熱建模與可靠性預測（二）

　　熱阻Rja也可通過用REBECA-3D軟件模擬PCB上所安裝的封裝來快速計算。REBECA-3D可以考慮所有的PCB信息(敷銅層、FR4層以及過孔等)。該軟件也自動考慮環境條件，用來計算模型各表面的對流交換，包括PCB的方向(重力方向)和輻射熱遷移。

　　這些類型的建模對于確保電子器件封裝的熱性能和優化設計很有幫助。瞬態熱阻抗Zth的計算也可以通過在瞬態仿真中考慮占空比來實現。

　　2. 熱-電冷卻器建模(光電應用)

　　光電二極管的可靠性和壽命是通過熱電冷卻器的熱量管理來保證的。要通過選擇適當的熱電冷卻器(面積、最大強度、組數等)，并控制恰當使用強度以獲得適合溫度的方法來優化設計常常是一個困難。

　　通過向用戶提供模擬任何一種熱電冷卻器和自動尋找工作強度的可能性，REBECA-3D克服了這個困難。

　　3. 電熱模擬(工作模式)

　　在電子元件的壽命期間，強度和電壓是時間的函數。由于整個幾何中的耗散功率取決于強度和溫度，我們需要考慮工作曲線(V(t)、I(t))，才能更好地模擬功率損失的局域化和密度。

　　在瞬態仿真過程中，強度和電壓值需要對整個幾何中的功率密度值進行計算，它可用來計算每個時刻的溫度場。在瞬態仿真中，依賴于溫度的材料特性(熱傳導性、密度、比熱)自動發生變化，硅材料尤其如此。 (圖9)

　　4. 功率電子器件中的電-熱-流體仿真

　　功率電子器件的可靠性和壽命取決于溫度。今天，隨著大規模集成換能器的出現，高密度功率必須通過異質材料來實現。因此，全局性的熱分析對于優化工作能力和可靠性已具有決定意義。

　　傳統的熱研究建立在等價RC電路或有限元傳導模型的基礎之上，只模擬組件中硅片與基板之間的熱傳導。因此，對冷卻系統的模擬只采用了固定的溫度或恒定的對流系數。

　　為了改進功率電子器件中的熱管理，我們提出了一個全局性的方法：

　　通過使用熱電偶，我們首次對測量和仿真的結果進行了比較，其差異通常小于3%。其次，我們使用了一個對表面有著相同發射率的紅外攝相機。如圖13所示，仿真結果和測量結果具有相同的形狀，并且其最大溫度值相同。熱模型和熱散發模型得到了完整的驗證。 (圖13)