在自然散热电子设备的热仿真设计中，机箱导轨与模块冷板的接触热阻往往被忽略。本文利用不完全拟合的接触表面热阻预测模型计算电子设备内导轨与冷板之间的热阻，然后将接触热阻加入到热模拟分析中。通过比较测试板上的温度、传统模拟温度值和测试温度值，分析了接触热阻对电子设备热模拟的影响。
介绍
自然散热的电子设备在散热过程中，主要的传热路径是：元器件PCB支撑架(模块外壳)、导轨箱、机箱周围的风冷，传热过程中的热阻包括传导热阻和接口接触热阻[1]。因为这些接触面很难完全贴合或理想地平滑，所以在结构构件之间的热传导中必须存在接触热阻。自然散热电子设备中结构件之间的接触间隙中存在空气[2]。由于温度低于700K，辐射传热可以忽略不计。而且自然散热的电子设备中气体介质流量小，间隙中的热传导主要由空气传导。因此，接触界面之间的热传导主要取决于微小接触面之间的物理热传导和间隙气体介质的传导[3]。研究表明，影响界面接触热阻的因素很多，主要包括结构材料的热参数、间隙介质的热参数、空气压力(环境压力)、接触面特征参数、加载压力、材料显微硬度等[4]。本文采用不完全贴合接触面的热阻计算模型对接触界面的热阻进行分析，进而在电子设备热仿真分析中考虑热阻值，补充了电子设备结构的热仿真，提高了电子设备热设计分析的准确性。
1底盘导轨与模块冷板接触热阻的计算与分析
在自然散热的标准电子设备中，各模块主要通过锁块固定安装在箱体导轨内，典型的安装结构如图1所示。除部分自然散热外，模块上的大部分芯片热流通过模块冷板与机箱导轨之间的接口将热量引向机箱箱体，再将热量传递给周围环境。不完全接触面的接触热阻Rj主要由微接触热阻Rs、宏接触热阻RL、微间隙热阻RG和宏间隙热阻Rg组成[5]。具体计算分析模型如下：c1、c2、C2为接触材料的维氏显微硬度系数；f为预载荷；AL是界面接触的实际接触半径；BL是接触面的总外径；y是接触面之间的平均距离；m为空气参数；d为宏观间隙间距；Kg是空气的导热系数。对于铝合金材料制成的模块冷板和底盘结构，锁块产生的压力为550牛米.铝合金的维氏显微硬度系数、弹性模量、热导率、空气等相关系数分别为c1=1.09GPa，C2=0.008，kg=0.026 W/(MK)，v1=v2=0.33，T=300K，Mg=29，Ms=27，KS=179 W/。模块与导轨在室温下的接触热阻为Rj=0.0002273km2/W；/w通过不完全接触热阻的计算模型。根据稳态导热系数测试标准ASTMD5470，测量相同结构的热接触电阻为Rj=0.000246km2/W；/w；可以看出，不完全结合面理论分析模型对于模块与导轨的热接触电阻有一定的精度，误差仅为7%左右。2电子设备热仿真对比分析
为了进一步分析热接触电阻对热模拟分析精度的影响，对自然散热的电子设备结构进行了热模拟分析。整机结构模型如图2所示。在电子设备热仿真过程中，考虑导轨与模型接触界面的热阻，将仿真结果与实测值和非接触热阻值进行比较。仿真结果如表2所示。从表1可以看出，在自然散热的电子设备结构中，充分考虑导轨与模块接触面的接触热阻后，模拟精度可以提高5%左右。考虑热接触电阻后，热模拟结果可控制在10%左右。因此，在电子设备的热仿真分析中，应充分考虑传热路径上的界面热接触电阻。
结论3
本文对电子设备传热过程中固体界面的接触热阻进行了研究和分析。首先，利用不完全拟合热接触电阻预测模型计算分析了产品导热部件的热接触电阻，并通过试验验证了理论模型的准确性。然后，将接触热阻的理论分析引入到电子设备的热仿真分析中，并与实测值和非接触热阻进行比较。从对比分析结果可以看出，接触热阻对热仿真结果的影响很大，必须很好地分析传热过程中的接触热阻，才能保证电子设备热设计的准确性。本文为电子设备热接触电阻的预测方法提供了可靠的理论分析模型，论证了热接触电阻分析的重要性。
介绍
自然散热的电子设备在散热过程中，主要的传热路径是：元器件PCB支撑架(模块外壳)、导轨箱、机箱周围的风冷，传热过程中的热阻包括传导热阻和接口接触热阻[1]。因为这些接触面很难完全贴合或理想地平滑，所以在结构构件之间的热传导中必须存在接触热阻。自然散热电子设备中结构件之间的接触间隙中存在空气[2]。由于温度低于700K，辐射传热可以忽略不计。而且自然散热的电子设备中气体介质流量小，间隙中的热传导主要由空气传导。因此，接触界面之间的热传导主要取决于微小接触面之间的物理热传导和间隙气体介质的传导[3]。研究表明，影响界面接触热阻的因素很多，主要包括结构材料的热参数、间隙介质的热参数、空气压力(环境压力)、接触面特征参数、加载压力、材料显微硬度等[4]。本文采用不完全贴合接触面的热阻计算模型对接触界面的热阻进行分析，进而在电子设备热仿真分析中考虑热阻值，补充了电子设备结构的热仿真，提高了电子设备热设计分析的准确性。
1底盘导轨与模块冷板接触热阻的计算与分析
在自然散热的标准电子设备中，各模块主要通过锁块固定安装在箱体导轨内，典型的安装结构如图1所示。除部分自然散热外，模块上的大部分芯片热流通过模块冷板与机箱导轨之间的接口将热量引向机箱箱体，再将热量传递给周围环境。不完全接触面的接触热阻Rj主要由微接触热阻Rs、宏接触热阻RL、微间隙热阻RG和宏间隙热阻Rg组成[5]。具体计算分析模型如下：c1、c2、C2为接触材料的维氏显微硬度系数；f为预载荷；AL是界面接触的实际接触半径；BL是接触面的总外径；y是接触面之间的平均距离；m为空气参数；d为宏观间隙间距；Kg是空气的导热系数。对于铝合金材料制成的模块冷板和底盘结构，锁块产生的压力为550牛米.铝合金的维氏显微硬度系数、弹性模量、热导率、空气等相关系数分别为c1=1.09GPa，C2=0.008，kg=0.026 W/(MK)，v1=v2=0.33，T=300K，Mg=29，Ms=27，KS=179 W/。模块与导轨在室温下的接触热阻为Rj=0.0002273km2/W；/w通过不完全接触热阻的计算模型。根据稳态导热系数测试标准ASTMD5470，测量相同结构的热接触电阻为Rj=0.000246km2/W；/w；可以看出，不完全结合面理论分析模型对于模块与导轨的热接触电阻有一定的精度，误差仅为7%左右。2电子设备热仿真对比分析
为了进一步分析热接触电阻对热模拟分析精度的影响，对自然散热的电子设备结构进行了热模拟分析。整机结构模型如图2所示。在电子设备热仿真过程中，考虑导轨与模型接触界面的热阻，将仿真结果与实测值和非接触热阻值进行比较。仿真结果如表2所示。从表1可以看出，在自然散热的电子设备结构中，充分考虑导轨与模块接触面的接触热阻后，模拟精度可以提高5%左右。考虑热接触电阻后，热模拟结果可控制在10%左右。因此，在电子设备的热仿真分析中，应充分考虑传热路径上的界面热接触电阻。
结论3
本文对电子设备传热过程中固体界面的接触热阻进行了研究和分析。首先，利用不完全拟合热接触电阻预测模型计算分析了产品导热部件的热接触电阻，并通过试验验证了理论模型的准确性。然后，将接触热阻的理论分析引入到电子设备的热仿真分析中，并与实测值和非接触热阻进行比较。从对比分析结果可以看出，接触热阻对热仿真结果的影响很大，必须很好地分析传热过程中的接触热阻，才能保证电子设备热设计的准确性。本文为电子设备热接触电阻的预测方法提供了可靠的理论分析模型，论证了热接触电阻分析的重要性。
