宏观热导率计算方法及其计算装置、存储介质和设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种宏观热导率计算方法及其计算装置、存储介质和计算机设备。所述宏观热导率计算方法包括：将预先构建的热界面材料结构模型划分为预定数量的单元晶胞，所述预定数量的单元晶胞包括多类热导率不同的单元晶胞；依次获取每个单元晶胞的热导率和位置参数；根据每个单元晶胞的热导率和位置参数计算得到每个单元晶胞的热流场和温度梯度场；根据所有单元晶胞的热流场和温度梯度场得到所述热界面材料结构模型的宏观热导率。通过将热界面材料结构模型划分为多个单元晶胞，分别对识别各个单元晶胞的属性并赋予相应热导率，从而单独计算各个单元晶胞的热流场和温度梯度场，提高宏观热导率的计算准确率。提高宏观热导率的计算准确率。提高宏观热导率的计算准确率。

【技术实现步骤摘要】
宏观热导率计算方法及其计算装置、存储介质和设备


[0001]本专利技术属于高分子结构材料特性的仿真
，具体地讲，涉及热界面材料结构模型的宏观热导率计算方法、宏观热导率计算装置、计算机可读存储介质、计算机设备。

技术介绍

[0002]电子封装结构逐渐小型化和高功率化使电子产品产生的热量随之增加，从而严重影响器件的性能和寿命。解决器件散热问题的一种有效的方法就是在芯片和散热器之间填充一层具有高导热系数和良好可压缩性的热界面材料以降低接触热阻。在高分子中添加具有高导热系数的球形颗粒是热界面材料最常见的选择，合理地选择填料并调配填料和聚合物基体的比例在学术和工业应用方面都具有重要意义。
[0003]考虑到实验研究成本高、周期长，目前国内外很多关于界面材料的导热性质的研究是基于计算模拟的方法，主流方向主要分为两种。一种是解析模型和半经验模型，如Maxwell-Garnett模型、Bruggman模型、Russel模型，Lewis-Nielsen模型等，这些模型通过理论推导或经验公式给出材料宏观热导率随填料体积分数变化的预测值。另一种是数值模拟算法，主要是有限元方法，该方法针对具体的微结构利用离散化的方法对复合材料热导率进行均质化计算。
[0004]然而，解析模型或半经验模型一般只适用于低填充体积分数的热界面材料，对于高填充密度的材料的性能预测并不准确，具有很大的局限性。同时，该方法也无法具体模拟微观结构参数(例如颗粒的尺寸分布、不同颗粒混杂、颗粒和颗粒之间的接触热阻等)对宏观热导率的影响。并且基于有限元的数值方法，其模型建立的复杂度高，计算效率较慢。

技术实现思路

[0005](一)本专利技术所要解决的技术问题
[0006]本专利技术解决的技术问题是：如何识别各个不同区域的热导率，从而准确地模拟整个材料模型的宏观热导率。
[0007](二)本专利技术所采用的技术方案
[0008]一种热界面材料结构模型的宏观热导率计算方法，所述宏观热导率计算方法包括：
[0009]将预先构建的热界面材料结构模型划分为预定数量的单元晶胞，其中所述预定数量的单元晶胞包括多类热导率不同的单元晶胞，且各个单元晶胞的尺寸相同；
[0010]依次获取每个单元晶胞的热导率和位置参数；
[0011]根据每个单元晶胞的热导率和位置参数计算得到每个单元晶胞的热流场和温度梯度场；
[0012]根据所有单元晶胞的热流场和温度梯度场得到所述热界面材料结构模型的宏观热导率。
[0013]优选地，获取每个单元晶胞的热导率的方法包括：
[0014]计算每个所述单元晶胞的判定点与各个填充颗粒的球心之间的距离；
[0015]根据每个所述单元晶胞的判定点与各个填充颗粒的球心之间的距离和各个填充颗粒的半径的大小关系确定每个单元晶胞的材料属性；
[0016]根据每个单元晶胞的材料属性确定每个单元晶胞的热导率。
[0017]优选地，根据每个所述单元晶胞的判定点与各个填充颗粒的球心之间的距离和各个填充颗粒的半径的大小关系确定每个单元晶胞的材料属性的方法包括：
[0018]判断所述单元晶胞的判定点与各个填充颗粒的球心之间的距离是否小于或等于所述填充颗粒的半径；
[0019]若是，则确定所述单元晶胞的材料属性为颗粒属性；
[0020]若否，则判断所述单元晶胞与所述填充颗粒的距离和所述填充颗粒的半径差值是否小于或等于预定值；
[0021]若是，则确定所述单元晶胞处于所述填充颗粒的界面区域内，并确定所述单元晶胞的材料属性为界面层属性；
[0022]若否，则确定所述单元晶胞的材料属性为基体属性。
[0023]优选地，所述宏观热导率计算方法还包括：
[0024]判断所述单元晶胞是否同时处于相邻两个所述填充颗粒的界面区域内；
[0025]若是，则确定所述单元晶胞的材料属性为接触层属性。
[0026]优选地，根据每个单元晶胞的热导率和位置参数计算得到每个单元晶胞的热流场和温度梯度场的方法包括：
[0027]步骤一：根据如下变换关系计算所述单元晶胞的温度梯度Θ
i
(x)，其中p
i
(x)表示极化场，k(x)表示单元晶胞的热导率，k0为常数，x为单元晶胞的位置参数，i为迭代次数，
[0028]Θ
i
(x)＝(k(x)-k0)-1
·
p
i
(x)；
[0029]步骤二：将步骤一中的温度梯度Θ
i
(x)和极化场p
i
(x)转换为傅里叶空间的温度梯度Θ
i
(ξ)和傅里叶空间的极化场p
i
(ξ)；
[0030]步骤三：根据如下变换关系计算得到傅里叶空间的单元晶胞的热流场q
i
(ξ)，
[0031]q
i
(ξ)＝k0·
Θ
i
(ξ)+p
i
(ξ)；
[0032]步骤四：根据步骤二得到温度梯度Θ
i
(ξ)和步骤三得到的热流场q
i
(ξ)计算得到迭代误差，其中，在迭代误差小于或等于阈值时，停止迭代计算，将步骤二得到温度梯度Θ
i
(ξ)和步骤三得到的热流场q
i
(ξ)作为单元晶胞最终的温度梯度和温度梯度；在迭代误差大于阈值时，执行步骤五；
[0033]步骤五：对步骤二中的傅里叶空间的极化场p
i
(ξ)进行更新，并将更新得到的p
i+1
(ξ)转换为实体空间的极化场p
i+1
(x)，执行步骤一。
[0034]优选地，根据所有单元晶胞的热流场和温度梯度场得到所述热界面材料结构模型的宏观热导率的方法包括：
[0035]对所有单元晶胞的热流场进行体平均得到平均热流场，并对所有单元晶胞的温度梯度场进行体平均得到平均温度梯度场；
[0036]将所述平均热流场与所述平均温度梯度场的比值作为所述热界面材料结构模型的宏观热导率。
[0037]优选地，在步骤五中，根据如下变换关系对傅里叶空间的极化场p
i
(ξ)进行更新，
[0038]p
i+1
(ξ)＝p
i
(ξ)-αk0·
Γ0(ξ)
·
q
i
(ξ)-βΣ0(ξ)
·
Θ
i
(ξ)，
[0039][0040]其中，α和β为常数。
[0041]本专利技术还公开了一种热界面材料结构模型的宏观热导率计算装置，所述宏观热导率计算装置包括：
[0042]模型分割模块，用于将预先构建的热界面材料结构模型划分为预定数量的单元晶胞，所述预定数量的单元晶胞包括多类热导率不同的单元晶胞；
[0043]输入参数获取模块，根据每个单元晶胞的热导率和位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热界面材料结构模型的宏观热导率计算方法，其特征在于，所述宏观热导率计算方法包括：将预先构建的热界面材料结构模型划分为预定数量的单元晶胞，其中所述预定数量的单元晶胞包括多类热导率不同的单元晶胞，且各个单元晶胞的尺寸相同；依次获取每个单元晶胞的热导率和位置参数；根据每个单元晶胞的热导率和位置参数计算得到每个单元晶胞的热流场和温度梯度场；根据所有单元晶胞的热流场和温度梯度场得到所述热界面材料结构模型的宏观热导率。2.根据权利要求1所述的热界面材料结构模型的宏观热导率计算方法，其特征在于，获取每个单元晶胞的热导率的方法包括：计算每个所述单元晶胞的判定点与各个填充颗粒的球心之间的距离；根据每个所述单元晶胞的判定点与各个填充颗粒的球心之间的距离和各个填充颗粒的半径的大小关系确定每个单元晶胞的材料属性；根据每个单元晶胞的材料属性确定每个单元晶胞的热导率。3.根据权利要求2所述的热界面材料结构模型的宏观热导率计算方法，其特征在于，根据每个所述单元晶胞的判定点与各个填充颗粒的球心之间的距离和各个填充颗粒的半径的大小关系确定每个单元晶胞的材料属性的方法包括：判断所述单元晶胞的判定点与各个填充颗粒的球心之间的距离是否小于或等于所述填充颗粒的半径；若是，则确定所述单元晶胞的材料属性为颗粒属性；若否，则判断所述单元晶胞与所述填充颗粒的距离和所述填充颗粒的半径差值是否小于或等于预定值；若是，则确定所述单元晶胞处于所述填充颗粒的界面区域内，并确定所述单元晶胞的材料属性为界面层属性；若否，则确定所述单元晶胞的材料属性为基体属性。4.根据权利要求3所述的热界面材料结构模型的宏观热导率计算方法，其特征在于，所述宏观热导率计算方法还包括：判断所述单元晶胞是否同时处于相邻两个所述填充颗粒的界面区域内；若是，则确定所述单元晶胞的材料属性为接触层属性。5.根据权利要求1所述的热界面材料结构模型的宏观热导率计算方法，其特征在于，根据每个单元晶胞的热导率和位置参数计算得到每个单元晶胞的热流场和温度梯度场的方法包括：步骤一：根据如下变换关系计算所述单元晶胞的温度梯度Θ
i
(x)，其中p
i
(x)表示极化场，k(x)表示单元晶胞的热导率，k0为常数，x为单元晶胞的位置参数，i为迭代次数，Θ
i
(x)＝(k(x)-k0)-1
·
p
i
(x)；步骤二：将步骤一中的温度梯度Θ
i
(x)和极化场p
i
(x)转换为傅里叶空间的温度梯度Θ
i
(ξ)和傅里叶空间的极化场p
i
(ξ)；步骤三：根据如下变换关系计算得到傅里叶空间的单元晶胞的热流场q
i
(ξ)，
q
i
(ξ)＝k0·
Θ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁济豹，陆晓欣，孙蓉，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：