一种基于表面功率谱的接触热阻建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于表面功率谱的接触热阻建模方法，考虑接触界面间的收缩热阻和间隙热阻，主要包括：采集实际粗糙表面的三维高度数据；通过三维高度数据计算实际粗糙表面的表面功率谱；利用计算得到的表面功率谱重建三维表面；计算重建的三维表面收缩热阻；计算间隙热阻。表面功率谱对实际工程表面描述更详细，可有效表述接触面的实际接触情况，是一种新的表述工程表面自然属性的方式。

【技术实现步骤摘要】
一种基于表面功率谱的接触热阻建模方法
本专利技术属于系统热管理
，具体涉及一种基于表面功率谱的接触热阻建模方法。
技术介绍
接触热阻在微电子封装、光伏系统、航空航天、能源动力等诸多工程领域是衡量固-固界面传热效率的核心参数。然而，对接触热阻进行有效测量与精准预测一直是散热系统热设计中的难点。粗糙表面的三维拓扑形貌决定了接触界面间的实际接触区域和界面间隙，对界面接触热阻起着决定性作用，因此精确表述接触表面特性是研究接触热阻的核心问题之一。粗糙表面功率谱(PowerSpecialDensity，PSD)作为光学元件表面的国际通用评价标准(ISO10110)，在描述表面形貌方面受到极大地关注，且二维形式的粗糙表面功率谱密度被指定为国际表面结构制图标准中指定表面粗糙度的首选量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于表面功率谱密度的接触热阻建模方法，表面功率谱(PSD)在表征光学表面时不仅包含垂直方向的高度信息，更包含横向和纵向空间频率内的信息，是全面表征光学表面的国际标准参数。该方法在实际工程表面的基础上应用表面功率谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于表面功率谱的接触热阻建模方法，其特征在于，包括：/n(1)测量实际工程粗糙表面，对测量的实际工程粗糙表面进行噪声处理计算面粗糙度，得到表面高度数据；/n(2)对表面高度数据进行傅里叶变换，得到表面功率谱，对同一个实际工程粗糙表面不同位置计算得到的粗糙表面功率谱进行总体平均；/n(3)对两个相互接触的粗糙表面功率谱进行等效化处理，应用等效化的表面功率谱重建三维粗糙表面，面积为1μm×1μm；/n(4)基于等效化的表面功率谱计算与均方根表面粗糙度振幅相关的特征长度参数；/n(5)利用特征长度参数求取两个相互接触的粗糙表面间的收缩热阻；/n(6)将气体的间隙导热看作是具有等效间隙厚度的两...

【技术特征摘要】
1.一种基于表面功率谱的接触热阻建模方法，其特征在于，包括：
(1)测量实际工程粗糙表面，对测量的实际工程粗糙表面进行噪声处理计算面粗糙度，得到表面高度数据；
(2)对表面高度数据进行傅里叶变换，得到表面功率谱，对同一个实际工程粗糙表面不同位置计算得到的粗糙表面功率谱进行总体平均；
(3)对两个相互接触的粗糙表面功率谱进行等效化处理，应用等效化的表面功率谱重建三维粗糙表面，面积为1μm×1μm；
(4)基于等效化的表面功率谱计算与均方根表面粗糙度振幅相关的特征长度参数；
(5)利用特征长度参数求取两个相互接触的粗糙表面间的收缩热阻；
(6)将气体的间隙导热看作是具有等效间隙厚度的两个绝热平行界面之间的间隙导热问题，以此求取间隙气体热阻，并且首先考虑气体稀薄效应的影响；
(7)并联收缩热阻和间隙气体热阻得到粗糙表面的整体接触热阻值。


2.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，步骤(1)中，基于实际工程粗糙表面使用3D测量激光显微镜测量粗糙表面，得到表面高度数据，表面高度数据以1024×1024×1024的矩阵形式输出，对应为x轴、y轴和z轴的数据，输出格式为csv。


3.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，步骤(2)中，对表面高度数据进行傅里叶变换，并将得到的频谱平方乘以采样密度得到表面功率谱。


4.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，步骤(2)中，三维模式下粗糙表面高度的自相关函数的傅里叶变换被定义为粗糙表面功率谱C(q)：



式中x＝(x，y)，z(x)代表以<z(x)＝0>作为参考平面上的粗糙表面高度，x和y分别代表所选取参考平面上的二维坐标(笛卡尔坐标)，<...>表示对一组具有相同统计特性的不同表面取平均值，即系综平均值，q代表波矢空间中的分量，假设参考平面的数值特性是平移不变的，因此<z(x+x0)z(x0)>的相关性不取决于x0的选择，而是取决于平面内的距离矢量x；
依据实际测量的高度数据z(x，y)数值计算实际工程粗糙表面功率谱时，粗糙表面功率谱C(q)可写为：



其中A＝L2是表面面积，傅里叶变换zA(q)计算式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张平，陈冠锋，周漫，王浩楠，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45