ホーム / 例題集 / 熱伝導解析[Watt] / 例題３１熱回路網モデル(DELPHIモデル)を用いた放熱解析

例題３１熱回路網モデル(DELPHIモデル)を用いた放熱解析

本例題について

本例題では、詳細モデル（IC＋基板＋モールドの簡易モデル）から熱回路網モデル（DELPHIモデル）を作成し、解析します。
熱回路網モデルの作成には、ムラタソフトウェア株式会社事例41「Femtetマクロを利用したDELPHIモデルの導出」
(https://www.muratasoftware.com/products/case/wat009/)で提供されているマクロを使用します。
さらに、作成した熱回路網モデルの基板側にヒートシンクの３Dモデルを接合させた熱伝導解析、熱流体解析を行います。
表に記載されていない条件はデフォルトの条件を使用します。
Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。

解析モデルダウンロード

プロジェクトファイルをダウンロード（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。）

解析空間

項目	条件
解析空間	3次元
モデル単位	mm

解析条件

①詳細モデル (解析モデル名：DetailedModel)

②熱回路網モデル (解析モデル名：DELPHI_Model)

③熱回路網モデル＋ヒートシンク接合モデル (解析モデル名：DELPHI_Model + Heatsink)

項目	条件
ソルバ	熱伝導解析[Watt]
解析の種類	定常解析
解析オプション	なし
メッシュサイズ	0.3[mm]

④熱回路網モデル＋ヒートシンク接合モデル　熱流体解析 (解析モデル名：DELPHI_Model + Heatsink Fluid)

項目	条件
ソルバ	熱伝導解析[Watt]、流体解析[Bernoulli]
解析の種類	定常解析
解析オプション	浮力外部流れ流体領域自動作成
メッシュサイズ	0.3[mm]

モデル図

①詳細モデル (解析モデル名：DetailedModel)

IC、基板(Board)と発熱体(Mold)をそれぞれ直方体のソリッドボディで定義し、発熱体ICにはボディ属性で発熱量を設定しています。

表面にTop_inner, Top_outer, Sides, Bottom_inner, Bottom_outerという５つの境界条件を設定し、熱回路網モデルのノードを模擬しています。

各境界条件には熱伝達係数25[W/m2/deg] を指定しています。

②熱回路網モデル (解析モデル名：DELPHI_Model)

詳細モデルと同じ大きさの直方体モデルを準備し、面分割により上面と底面に面を刻みます。

直方体モデルをThermalNetworkModelというボディ属性で定義し、詳細モデルと同様に各面に５つの境界条件を設定します。

③熱回路網モデル＋ヒートシンク接合モデル (解析モデル名：DELPHI_Model + Heatsink)

②で作成した熱回路網モデルにヒートシンクの３Dモデルを接合したモデルです。

④熱回路網モデル＋ヒートシンク接合モデル　熱流体解析 (解析モデル名：DELPHI_Model + Heatsink Fluid)

③のモデルを熱流体解析で計算したモデルです。流体領域は、解析条件の流体領域自動作成オプションにチェックを入れることで自動作成されます。

ボディ属性および材料の設定

ボディタイプ	ボディ属性名	材料名
Solid	IC	Si
Solid	Mold	Mat_Mold
Solid	Board	Mat_Board
Solid	ThermalNetworkComponet	Mat_Board ※1
Solid	Heatsink	Al ※2

※1 熱回路網モデルの材料定数は計算に使用しないため、何を使っても問題ありません

※2 材料データベースを利用

ボディ属性タブでの追加設定は以下になります。

ボディ属性名

タブ

設定

発熱量

1[W]

ThermalNetworkComponet

熱回路網モデル

内部ノード設定

IC: 1[W]

抵抗値設定

解析結果を参照ください。

境界条件

①詳細モデル (解析モデル名：DetailedModel)

②熱回路網モデル (解析モデル名：DELPHI_Model)

全ての面に対し、熱伝達係数 25 [W/m2/deg] を指定します。

境界条件名

タブ

境界条件の種類

条件

Top_inner, Top_outer, Sides, Bottom_inner, Bottom_outer

熱

熱伝達固体と気体の間の熱の移動・対流

熱伝達係数：　25 [W/m2/deg]

室温： 25 [deg]

③熱回路網モデル＋ヒートシンク接合モデル (解析モデル名：DELPHI_Model + Heatsink)

ヒートシンクと熱回路網モデルの接合面であるBottom_innerは「測定端子・熱回路外部ノード」境界条件を、その他の面は熱伝達係数 25 [W/m2/deg] を指定します。

Top_inner, Top_outer, Sides, Bottom_outerも熱回路網モデルの外部ノードですが、熱境界を与えたい場合は、その熱境界を設定します。

Bottom_innerのような、熱境界を与えない外部ノードの場合、「測定端子・熱回路外部ノード」境界条件を適用します。（詳細はテクニカルノート＞熱回路網モデルについてを参照ください。）

ヒートシンク表面は外部境界条件が適用されます。

境界条件名

タブ

境界条件の種類

条件

Bottom_inner

熱

測定端子・熱回路外部ノード

Top_inner, Top_outer, Sides, Bottom_outer, 外部境界条件

熱

熱伝達固体と気体の間の熱の移動・対流

熱伝達係数：　25 [W/m2/deg]

室温： 25 [deg]

④熱回路網モデル＋ヒートシンク接合モデル　熱流体解析 (解析モデル名：DELPHI_Model + Heatsink Fluid)

流体との界面には熱境界条件は設定しないため、Top_inner, Top_outer, Sides, Bottom_outer, Bottom_innerに、「測定端子・熱回路外部ノード」境界条件を適用します。（詳細はテクニカルノート＞熱回路網モデルについてを参照ください。）

ヒートシンク表面は外部境界条件が適用されます。

境界条件名	タブ	境界条件の種類	条件
Top_inner, Top_outer, Sides, Bottom_inner, Bottom_outer	熱	測定端子・熱回路外部ノード

解析結果

ムラタソフトウェア株式会社事例41「Femtetマクロを利用したDELPHIモデルの導出」(https://www.muratasoftware.com/products/case/wat009/)で提供されているマクロを用い、

詳細モデルから熱回路網（DELPHI）モデル情報を取得します。

本例題では、「実行シート」タブの境界条件セットを1セットのみ(Top_inner, Top_outer, Sides, Bottom_inner, Bottom_outer全て25 [W/m2/deg] )としてDELPHIモデルを作成しました。

マクロのExecute Allボタンを押すと計算が実行され、「DELPHIモデル熱抵抗熱の伝わりにくさを示す量」タブ、「モデル評価」タブに結果が表示されます。

「DELPHIモデル熱抵抗」タブ熱抵抗（K/W）

	IC	Top_inner	Bottom_inner	Sides	Top_outer	Bottom_outer
IC	–	12.88364068	145.4898931	2157479.357	136.7477651	408.2638222
Top_inner	sym	–	1E+12	1E+12	1454.280725	1E+12
Bottom_inner	sym	sym	–	1E+12	4359.860668	974.0340491
Sides	sym	sym	sym	–	173.0146664	402.8651498
Top_outer	sym	sym	sym	sym	–	56.44448576
Bottom_outer	sym	sym	sym	sym	sym	–

「モデル評価」タブ温度結果[deg]

	IC	Top_inner	Bottom_inner	Sides	Top_outer	Bottom_outer
Detailed Model	249.72792532543	247.921488257655	228.089580671191	154.434796690167	179.343530034228	173.248554438818
DELPHI Model	250.767836010127	248.996691339616	228.912521268167	154.06786507139	179.37489577453	173.117731534893