一种芯片最优散热布局方法及散热系统技术方案

本发明专利技术提供一种芯片最优散热布局方法及散热系统，通过获取几何距离参数和

【技术实现步骤摘要】
一种芯片最优散热布局方法及散热系统


[0001]本专利技术涉及芯片散热
，具体涉及一种芯片最优散热布局方法及散热系统
。

技术介绍

[0002]电子设备的小型化趋势导致芯片级的高热通量密度不断加剧，由此引发了对热管理的深刻挑战
。
因此，业界日益关注电子设备热管理技术的改进
。
针对这一问题，研究人员开始将关注点放在对离散热源采用自然
、
强制以及创新散热元件冷却技术的探索上
。
[0003]5G
通信作为第五代移动通信技术，以其高速传输
、
低时延以及大连接密度等特点，正引领着通信领域的快速进步
。
在这一背景下，
5G
基站作为实现高速
、
高容量通信的核心设备，具备极其重要的地位
。
然而，随着
5G
网络的不断扩展和用户需求的不断增加，
5G
基站的工作负荷和功耗也呈现逐渐增加之势，进而引发了对热管理问题更为迫切的关注
。
[0004]5G
基站芯片作为构成基站的核心要素，对整个通信网络的性能和稳定性起着至关重要的作用
。
然而，伴随着基站芯片功率密度的逐渐提升，其所产生的热量也逐步增加，导致芯片温度升高，进而可能对其工作性能和使用寿命造成不良影响
。
传统的散热设计方法主要采用自然对流散热，然而在应对
5G
基站芯片高功耗和高温度问题方面，这一方法显然面临着严峻的挑战
。
同时，由于
5G
基站芯片尺寸规格不一且集成有众多功能模块，这进一步增加了热源分布的不均匀性以及热传递路径的复杂性
。
[0005]尽管当前的基站散热技术在一定程度上能够缓解
5G
芯片散热问题，但随着持续增加的设计功耗以及恶劣的户外条件，
5G
基站散热仍然面临着一系列的挑战
。
申请号为
CN 202110151427.1
的中国专利技术专利申请公开了一种
5G
基站的散热装置，通过散热电机带动散热盘高速旋转，进而带动散热鳍片高速旋转，带有热量的空气被吸入至散热空间内，接着被离心力抽离到散热鳍片之间的间隙并带着热量离开散热鳍片
。
但是，该装置难以在散热困难区域，实现高效的热散发，导致部分区域的温度升得较高；此外，该装置缺乏智能温度监测与控制系统，限制了散热系统根据实际温度情况及时调整的能力，进而影响整体系统的稳定性和散热效率
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种芯片最优散热布局方法及散热系统，针对不同尺寸规格
、
热耗的
5G
基站芯片，进行强化散热，有效降低系统温升，实现高效的热散发，确保芯片始终在合理的温度范围内稳定运行
。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]一种芯片最优散热布局方法，包括以下步骤：
[0009]S1、
获取芯片热耗
、
尺寸布局
、
材料属性，计算对应芯片布局下的几何距离
λ1；获取
PCB
层数尺寸
、
材料属性
、
覆铜量
、
走线及过孔信息，计算对应布局下
PCB
板在
X\Y\Z
方向的等效热导率；
[0010]S2、
根据所述几何距离
λ1和所述等效热导率，构建数学物理模型，获取电路板上的整体温度场分布，并计算电路板的对流换热系数
h1、
雷诺数
Re1及努塞尔数
Nu1，获取所述电路板与环境间的最大温度差额
θ1；
[0011]S3、
对不同芯片布局随机采样，计算对应芯片布局的几何距离
λ
j
，对所有几何距离
λ
j
进行区间分类，分成
m
份；对落在不同区间的几何距离
λ
j
进行等量取样，每个区间取样数大于
n
；返回步骤
S2
，计算对应芯片布局的最大温度差额
θ
j
；其中，下标
j
为所述芯片布局编号，
n>5
；
[0012]S4、
将获取的所有最大温度差额
θ
j
、
几何距离
λ
j
、
雷诺数
Re
j
进行非线性拟合，获取最大温度差额
θ
与芯片布局的函数关系式；
[0013]S5、
对所述函数关系式寻优，找到最优几何距离
λ
’
；其中，优化目标为对最大温度差额
θ
最小化；
[0014]S6、
通过所述最优几何距离
λ
’
，逆向推出对应的最优芯片布局
。
[0015]本专利技术采用几何距离参数
λ
替代不同芯片布局，对不同的芯片布局方案实现了量化，并建立电路板与环境间的最大温度差额
θ
与几何距离
λ
、
雷诺数
Re
间的函数关系式，并通过对该函数关系式寻优，针对不同尺寸规格
、
热耗的
5G
基站芯片，实现
5G
基站芯片最优散热布局
。
[0016]进一步，步骤
S1
中，所述几何距离
λ1的计算公式为：
[0017][0018]其中，为距离平方和；下标
i
为热源编号；
l
w
为电路板的工作区域尺寸，单位为
mm
，定义为
Y
轴与最远热源右边缘之间的距离；
(X
i
，
Y
i
)
为从以电路板左下角为原点
(0,0)
测量的每个热源的质心；
(X
c
，
Y
c
)
为所述几何距离
λ1对应配置的质心坐标；
A
i
为对应编号下芯片的面积
。
[0019]进一步，步骤
S2
中，所述对流换热系数
h1、
所述雷诺数
Re1、
所述努塞尔数
Nu1的计算公式为：
[0020][0021]其中，
T
为电路板的最高温度；
T
∞
为环境温度；
q
为基站内部芯片的总热流密度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种芯片最优散热布局方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
获取芯片热耗
、
尺寸布局
、
材料属性，计算对应芯片布局下的几何距离
λ1；获取
PCB
层数尺寸
、
材料属性
、
覆铜量
、
走线及过孔信息，计算对应布局下
PCB
板在
X\Y\Z
方向的等效热导率；
S2、
根据所述几何距离
λ1和所述等效热导率，构建数学物理模型，获取电路板上的整体温度场分布，并计算电路板的对流换热系数
h1、
雷诺数
Re1及努塞尔数
Nu1，获取所述电路板与环境间的最大温度差额
θ1；
S3、
对不同芯片布局随机采样，计算对应芯片布局的几何距离
λ
j
，对所有几何距离
λ
j
进行区间分类，分成
m
份；对落在不同区间的几何距离
λ
j
进行等量取样，每个区间取样数大于
n
；返回步骤
S2
，计算对应芯片布局的最大温度差额
θ
j
；其中，下标
j
为所述芯片布局编号，
n>5
；
S4、
将获取的所有最大温度差额
θ
j
、
几何距离
λ
j
、
雷诺数
Re
j
进行非线性拟合，获取最大温度差额
θ
与芯片布局的函数关系式；
S5、
对所述函数关系式寻优，找到最优几何距离
λ
’
；其中，优化目标为对最大温度差额
θ
最小化；
S6、
通过所述最优几何距离
λ
’
，逆向推出对应的最优芯片布局
。2.
根据权利要求1所述的芯片最优散热布局方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述几何距离
λ1的计算公式为：其中，为距离平方和；下标
i
为热源编号；
l
w
为电路板的工作区域尺寸，单位为
mm
，定义为
Y
轴与最远热源右边缘之间的距离；
(X
i
，
Y
i
)
为从以电路板左下角为原点
(0,0)
测量的每个热源的质心；
(X
c
，
Y
c
)
为所述几何距离
λ1对应配置的质心坐标；
A
i
为对应编号下芯片的面积
。3.
根据权利要求1所述的芯片最优散热布局方法，其特征在于，步骤
S2
中，所述对流换热系数
h1、
所述雷诺数
Re1、
所述努塞尔数
Nu1的计算公式为：其中，
T
为电路板的最高温度；
T
∞
为环境温度；
q
为基站内部芯片的总热流密度；
ρ
为流体密度；
U
为流体流速；
μ
为流体的黏度；
L
h
为特征长度；
k
f
为流体的导热系数
。4.
根据权利要求1所述的芯片最优散热布局方法，其特征在于，步骤
S4
中，所述最大温度差额
θ
与芯片布局的函数关系式具体表现为：其中，
λ
为几何距离，
Re
为雷诺数，
k*
为无量纲数，
a、b、c、d

【专利技术属性】
技术研发人员：张红亮，廖佳喜，李劼，欧阳虎平，任慧，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：