熱特性
關注創建者：上海庭田信息科技有限公司 創建時間：2023-01-03
熱特性的視頻教程
從零開始學散熱——熱設計角度理解單板和芯片
元器件是熱量的源頭，了解單板和元器件的熱特性，是熱設計工程師設計散熱方案的基礎。 網絡上關于芯片封裝的資料很多，但從熱設計角度分析封裝特性的極少。本資料從熱設計工程師的角度去理解剖析單板和元器件的特征，為合理設計外圍散熱方案提供參考。 本視頻內容參考書籍《從零開始學散熱》第五章芯片封裝和電路板的熱特性。
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揭秘鋯基金屬玻璃切削仿真研究
為揭示鋯基金屬玻璃的切削加工機理，都金光等發表的《鋯基金屬玻璃銑削力有限元仿真及實驗分析》研究采用有限元仿真與實驗驗證相結合的方法，構建了考慮應變率效應和熱軟化特性的切削模型，分析了切削力、切削溫度及亞表面損傷的演變規律。通過對比仿真結果與正交切削實驗數據，發現切削力誤差≤8.3%，切削溫度偏差≤5.7%，驗證了模型的可靠性。
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熱特性的實例教程
隨著功能要求的提高，功率和熱流密度越來越大。因此，對于高功率倒裝芯片，客戶在不斷的推進TIM（熱界面材料）的低熱阻化。
TIMs（Thermal Interface Materials）是用于提高固體接觸面之間傳熱性能的導熱材料。比如CPUs和散熱器之間，若出現微小間隙，由于空氣導熱性能極差，整個散熱效率就會嚴重降低。因此，TIM的熱特性對于散熱方案的可靠性是至關重要的，尤其是發熱部位的最高溫度（結溫Tj），散熱片上表面溫度（殼溫Tc），和上述兩點之間的熱阻。測殼溫Tc的傳統方法是，在散熱片中心放置一個熱電偶。該方法的一個最大問題是只能用散熱片中心位置的溫度來表征殼溫。但是在實際應用中，最高溫度的位置我們通常不確定，尤其是當給結區加載非均勻熱載荷（non-uniform power）的時候。
本文主要討論的是：
a. 描述如何使用不借助熱電偶的瞬態測試設備測試fcBGA封裝器件（由STATS ChipPAC制造）的TIM熱特性，尤其是結殼熱阻Rjc；
b. 描述如何測試在風扇不同轉速下（模擬真實工況）封裝器件的Rja（結到環境的熱阻）；
c. 闡明功率脈普對結構函數的影響；
d. 描述如何通過仿真生成一個仿真結構函數，再用測試結構函數來修正仿真結構函數，最后用修正后的結構函數生成熱阻網絡模型，應用于系統級產品中；
e. 明確并改進更好的仿真和測試方法。
2. 封裝器件和熱測試裝置的結構
STATS ChipPAC內部搭建了一個flip-chip測試裝置（test vehicle），專門用于評估TIM的熱特性，其結構如圖1所示。
展開 這種材料可被重新配置，從而改變熱和電磁特性。
該研究論文的通訊作者、北卡羅來納州立大學土木、建筑和環境工程系助理教授JasonPatrick表示：“我們從生物體中發現的微小血管網絡中汲取靈感，并將這種微血管系統整合到用玻璃纖維增強的結構環氧樹脂中，本質上是血管化的玻璃纖維。”
△圖片來源：北卡羅來納州立大學
Patrick還稱：“通過將不同的流體泵入脈管系統，我們還可以控制復合材料的多種特性。這種可重構性極具潛力，可應用于飛機、建筑物和微處理器等領域。”
這種超材料由3D打印技術制成，因此工程師能夠創建各種形狀和大小的微小管網絡，即微血管系統。這種微血管系統可以結合到一系列結構復合材料中，包括玻璃纖維、碳纖維，以及用于防彈衣的高強度材料。
在實驗中，研究人員將鎵和銦的室溫液態金屬合金注入脈管系統中，從而可以通過操控微血管結構來控制超材料的電磁特性。具體來說，通過控制血管系統中包含的方向、間距和導電液態金屬，進而控制材料過濾掉射頻頻譜中的特定電磁波。這種重新配置具有可調諧通信和傳感系統(例如雷達、Wi-Fi)的潛力，能夠按需在頻譜的不同部分運行。
合著者、圣塔克拉拉大學(Santa Clara University)電氣工程助理教授Kurt Schab表示：“動態重新配置電磁非常有價值，特別是在尺寸、重量和功率限制極大激勵設備使用的應用。這些應用可以在系統中承擔多種通信和傳感角色。”
研究人員還通過相同的脈管系統循環水，并證明他們可以操縱材料的熱特性。Patrick表示：“操縱熱特性可以幫助我們在電動汽車、高超音速飛機和微處理器等設備中開發更高效的主動冷卻系統。例如，電動汽車電池目前依靠的是帶有簡單微通道的鋁翅片進行冷卻。
展開 轉子通過臨界轉速時碰摩熱效應對振動特性的影響<BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-09-25 08:32:38被malong評為3星級，為發貼者加分60。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font>
轉子通過臨界轉速時碰摩熱效應對振動特性的影響.pdf
用玻璃纖維增強熱塑性樹脂，提高了力學性能和熱變形溫度，降低了線脹系數，提高了耐疲勞和抗蠕變性能，同時改善了電性能。蘇州挪恩復合材料有限公司對比了尼龍66、聚苯乙烯、聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物增強前后的性能，從實驗結果看各方面性能都有顯著提高。
（碳纖維復合材料汽車板簧）
目前已有多種熱塑性樹脂用來作復合材料的基體，研制成功的熱塑性復合材料有纖維增強尼龍、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯和聚氯乙烯等，一般應用在要求輕質、高強度、耐腐蝕的機械零件中，如航空機械、機車車輛、汽車、紡織機械、造船、建筑和電氣等領域。用碳纖維等高級增強材料代替玻璃纖維，可得到各種性能更好的復合材料，如結構材料、耐沖擊材料、耐磨、阻尼減振材料等。
這種材料的優點還和熱塑性塑料一樣具有重復使用性和二次加工性，其廢舊制品和加工中的邊腳料經過適當處理可以循環利用，該材料的制品可以采用熔融焊接方法連接，采用高溫高壓成型和冷卻成型，工藝周期較短、能耗低、生產效率高，熱塑性復合材料原料來源充足，價格低廉，易加工，熱塑性復合材料半成品（粒、片料）幾乎沒有貯存期限制。
熱塑性樹脂基復合材料工藝特性與熱塑性樹脂基基本相似，添加纖維增強材料后，其工藝性能略有變化，這與樹脂自身結構有密切的聯系。熱塑性樹脂基在成型加工過程中在剪切速率、溫度、壓力下變為粘流態，其流變性是決定樹脂體系加工性能的主要標志。
纖維含量、纖維長度、纖維取向對成型工藝也會造成影響。蘇州挪恩復合材料有限公司實驗人員分析了實驗測試數據，發現隨著纖維含量的增加，樹脂的粘度增加，流動性降低。在熱塑性復合材料中，玻璃纖維含量一般在20%-40%（質量分數），既有顯著增強效果，又能保證制品成型。過多的纖維含量會使纖維磨損嚴重，增強性能降低，物料成型性惡化，且對設備磨損加劇。
展開 LED的光熱模型對于芯片的熱仿真意義重大。
本方案如圖所示，熱瞬態測試儀T3Ster能夠對LED的光熱效應進行同時跟蹤；利用T3Ster主機可以實現LED熱阻模型的實驗，實驗結果可直接產生FloEFD仿真中所需的模型；同時配合Teral LED儀器，可以用積分球邊熱測試邊檢測LED光通量，實現了光熱一體化檢測方案，為使用者實現流明要求，且符合熱學要求，降低設計余量，進行高精度設計，提供一個有力工具。
3.高精度輻射計算模型
相比離散傳遞、離散坐標模型，高精度的蒙特卡洛模型在車燈系統中有著廣泛的應用。車燈中的外透鏡、內透鏡等透明材料具有良好的透光性與一定的吸收特性，
FloEFD軟件在仿真計算中能夠考慮透明件固體吸收的特性；蒙特卡羅計算模型能較好地解決吸收，聚焦等系列問題，用戶可根據精度要求設定離散條帶個數和跟蹤射線個數；這種方法在LED,鹵素燈輻射效果，透明件溫度精確預報，太陽輻射問題高效預報等方面都發揮了很大作用。
二、PCB的設計與優化
PCB在前大燈模組與控制單元，以及LED尾燈當中具有廣泛的應用，PCB對產品的成本有著關鍵的影響，因此提高設計精度，減少設計冗余則十分重要。
FloTHERM軟件和FloEFD軟件都可以對PCB做精細熱仿真，特別是FloTHERM軟件中可以綜合布線，過孔和各層特性來實現PCB和元器件的精細仿真。
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針對該問題，通過更換后鏡框材料（由PC+30%GF改為PC+10%GF）優化熱膨脹特性，再次通過“<strong>Ansys-Zemax</strong>”協同仿真驗證效果。
氣體質量流量計的使用壽命是多久？1個月前
影響壽命的關鍵因素
然而現實工況往往復雜多變，以下三個因素是決定流量計“壽數”的關鍵：
氣體潔凈度與污染：這是導致流量計失效的頭號殺手，如果氣體中含有油污、水分、顆粒物或腐蝕性成分，它們會沉積在傳感器毛細管內，改變熱傳遞特性，導致零點漂移或量程錯誤，例如在未經過濾的壓縮空氣或含有硅烷的工藝氣體中，若未采取特殊防護，傳感器可能在數月內失效。
據Nelson透露，SiC可為這些類型的嚴苛應用提供理想的材料屬性，包括更高的帶隙電壓、更低的相對電阻，以及與硅相比，支持更優散熱的熱特性等。Wolfspeed基于SiC的晶體管可以在比硅材料更高的溫度下可靠運行，并且開關速度更快，因此其可支持與電動汽車（EV）應用相關的900 V及1200 V應用。
粘度是衡量流體流動阻力的物理量，分為動力粘度和運動粘度，對于質量流量計而言，尤其是熱式質量流量計（如Bronkhorst常用的熱式原理產品），工作原理基于熱傳導：通過加熱元件向流體傳遞熱量，并由溫度傳感器檢測溫差，從而推算出質量流量，當流體粘度發生變化時，會影響熱傳導特性與流動狀態（層流或湍流），進而可能干擾傳感器的響應精度。
</li><li class="ql-align-justify"><strong>新材料研發</strong>：助力評測防火材料、相變材料、超材料等的熱輻射特性，加速新材料的創新與應用。
除此之外，Moldex3D設有專業的材料實驗室 ，具備全方位的材料檢測能力，包含：黏度、體積膨脹率、熱傳導系數、比容及比熱等蠟的特性量測，提供產業界一個全方位的脫蠟精密鑄造解決方案。
圖一 蠟射出成型流動波前階段
圖二 蠟收縮情形
由上述可知，定義熱傳導面的特性將有助于使用者模擬連接面的熱損，進而得到更準確的模擬結果。
在CAE模擬分析中，使用者通常必須手動設定熱傳導面。(如圖中紅線所示)
Step 1: 將熱澆道金屬轉換為封閉網格，并定義其屬性。
Step 2: 將模座轉換為表面網格。
02 展出亮點：四大創新技術引領行業變革
本次展會，全鏈管理將重點展示以下四項產業鏈創新成果：
1.單壁碳納米管 nTubeC60
基于單壁碳納米管（SWCNT）的高強度、高導電性和熱穩定性特性，該技術可顯著提升新能源電池、復合材料的性能，并應用于消費性電子及加熱家電領域、高分子材料領域、先進半導體行業、加熱服紡及醫療護理領域等。
準確測量和分析熱阻等熱特性參數，是優化熱管理、確保產品質量與性能的關鍵。T3ster 熱阻測試儀作為行業內的先進設備，為熱特性測試帶來了革命性的解決方案。
一、T3ster 熱阻測試儀簡介
T3ster 熱阻測試儀由專業的半導體測試設備制造商研發，是一款專注于半導體器件封裝熱特性測試的精密儀器。
參會者親自參與了基于ARC絕熱加速量熱儀的電池熱安全測量實驗，DSC實驗中電極材料活性物質剝離以及利用差示掃描量熱儀對電極材料進行熱特性測量的實際操作，揭示電池的熱失控機制，并表征放熱反應。基于不同升溫速率下的 DSC 結果，采用 Kissinger 方法和非線性擬合方法確定各放熱反應的動力學參數。通過實際案例演示與操作講解，系統掌握了熱失控建模與仿真分析的關鍵步驟與技巧。
