icepak12.0初学者教程.pdf

专业的电子热分析软件 专业的电子热分析软件 ICEPAK 软件由全球最优秀的 CAE 提供商 ANSYS 公司，专门为电子产品工程师定制开发 的专业的电子热分析软件借助 ICEPAK 的分析和优化结果，用户可以减少设计成本、提高产 品的一次成功率、改善电子产品的性能、提高产品可靠性、缩短产品的上市时间 ICEPAK 软件提供了丰富的物理模型，可以模拟自然对流、强迫对流和混合对流、热传导、 热辐射、流-固耦合换热、层流、湍流、稳态、非稳态等流动现象另外，ICEPAK 还提供了其 它分析软件所不具备的许多功能，如模型真实的复杂几何、真实的风机曲线、真实的物性参数等 等ICEPAK 提供了其它分析软件包不具备的能力，包括：精确模拟非矩形设备、接触阻尼、各 向异性热传导率、非线性风扇曲线、各种散热设备等 ICEPAK 作为专业的热分析软件，可以解决不同尺度和级别的散热问题： 器件级 —— 芯片封装、电子模块、散热器等的器件级热分析 板 级 —— PCB、陶瓷基板等的板级热分析 系统级 —— 电子设备机箱、机柜以及方舱等的系统级热分析 环境级 —— 机房、外太空等的环境级热分析 快速几何建模快速几何建模 ? 友好界面和操作友好界面和操作——完全基于 Windows 风格的界面。

依靠鼠标选取、定位以及改变定义对 象的大小，使用鼠标拖拽方式，因而建模过程非常方便快捷； ? 基于对象建模基于对象建模——箱体、块、风扇、PCB 板、通风口、自由开口、空调、板、壁面、管道、 热源、阻尼、机箱、散热器、离心风机、各种封装件、TEC 致冷器模型等，用户可以直接 从 ICEPAK 的菜单调用现成模型进行参数化建模，无须从点、线、面开始底层建模，极大 提高了建模速度； ? 各种形状的几何模型各种形状的几何模型——六面体、棱柱、圆柱、同心圆柱、椭圆柱、椭球体，斜板、多边 形板、方形或圆形板，在这些基本模型基础上可以构造出各种复杂形状的包括倾斜的几何 模型； ? 丰富实用的模型库丰富实用的模型库——材料库：包括各种气体、液体、固体以及金属与非金属材料库；风 扇库：包括 Delta、Elina、NMB、Nidec、Papst、EBM、SanyoDenki 等厂家的风扇模型； 封装库：各种 BGA、QFP、FPBGA、TBGA 封装模型，且用户可以随时上网更新自己的模 型库，还可以很方便的创建自己的库； ? EDA/ /IDF 输入输入——IDF 格式的文件直接输入， 通过 PCB 布线分布自动计算出线路板上每个 计算网格的导热系数，以完成对 PCB 导热性能的完全真实仿真。

适用的 EDA 软件包括 Cadence、Synopsys、Mentor、Zuken 等 ? 专用的专用的 CAD 软件接口软件接口 IcePro——IcePro 可以直接导入 CAD 模型，如 Pro/E 的装配体 (Assembly)文件、零件(Part)文件以及 IGES、STEP、SAT 等格式的文件，并自动转化为 ICEPAK 模型适用的 CAD 软件有 Pro/E、UG、I-deas、Catia、 Solidworks、Solidedge 等 强大的强大的 zoom-in 功能功能 ICEPAK 提供的 zoom-in 功能能够自动将上一级模型的计算结果传递到下一级模型， 从系统 级到板级， 从板级到器件级， 层层细化， 大大提高您的工作效率 而且 ICEPAK 软件是通过 Profile 文件在级与级之间传递非均匀分布的边界数据，确保了计算精度使用鼠标进行拖拽，操作非常 简便 先进的网格技术先进的网格技术 ICEPAK 具有非结构化网格的自动生成能力，支持四面体、六面体以及混合网格，因而可以 生成高质量的计算网格，并能完全保持几何边界形状ICEPAK 还提供了强大的网格检查功能， 可以检查并自动显示质量较差（细长比、扭曲率、最小体积）的网格。

另外，网格疏密可以由用 户自行控制，如果需要，可对某个关键发热元件的网格进行局部加密，局部加密不会影响到其它 区域和元件的网格 ICEPAK 不仅能生成高质量的计算网格， 而且能完全保持元器件的几何形状 ? 非结构化网格技术非结构化网格技术—可以精确逼近各种形状复杂的几何物体，大大减少了网格数目，保持 几何边界形状，提高计算精度 ? 笛卡尔网格笛卡尔网格－六面体矩形网格，可对规则几何能够进行快速的网格划分，提高计算速度； ? 四面体网格四面体网格—不需要做任何几何上的简化和近似，可对形状极其复杂的模型自动划分网格， 从 而保证求解精度 ? 非连续网格非连续网格—在保证计算精度的基础上，可进一步减少网格数目，加快计算速度，提高工 作效率 ? 混合网格混合网格—针对形状非常复杂的局部区域生成四面体网格，其它区域则生成六面体网格， 在减少网格数量的同时提高计算精度 ? 自适应网格自适应网格－－用户通过“multi-level”设定可以实现自适应网格划分用户可以让计算机自 动生成自适应网格，也可以根据模型自己指定每个对象的网格密度水平，实现最合理的网 格分布 参数化和优化设计功能参数化和优化设计功能 ? 布尔参量：可以通过设计变量来定义任何一个复选框――active、湍流、辐射、风扇失效等， 对这些变量参数化，来控制这些复选框的状态。

在参数化和优化设计中使用布尔参量可实 现对某些复杂热控过程的仿真如多种散热方案的参数化计算和优化设计；对风扇失效的 验证比较等 ? 参数化设计：任意量都可设置成变量，通过变量的参数化控制来完成不同工况、不同结构、 不同状态的统一计算，计算结果自动生成函数曲线，从而使模拟过程更加高效、智能和便 捷 1. 流动和热参数：能够实现多工况的统一计算，如风扇风量、模块功率、过孔板的开孔率 等； 2. 结构参数：能在模拟中自动完成结构和几何的变化，如风扇位置、导风板角度； 3. 状态参数：能够比较不同状态的计算结果，如辐射对计算的影响，进行多种散热方案的 比较 ? 优化设计：通过对变量自动优化，获得热设计的最优方案，例如对散热器尺寸、风扇位置 等进行设计上的优化等 ICEPAK 的优化算法使用的是经典的梯度算法， 可以实现最大求解 规模为 50 个基本设计变量、10 个约束方程的优化计算；只需选择一个基本函数或者复合 函数作为优化的目标函数来完成优化计算梯度算法的鲁棒性（Robustness）很强，寻优 速度很快，结果精度很高相比同类软件，ICEPAK 的优化算法更加简单快捷 丰富的物理模型丰富的物理模型 ? 强迫对流、自然对流和混合对流模型 ? 热传导模型、流体与固体耦合传热模型 ? 物体表面间的热辐射模型、太阳辐射模型 ? 层流、湍流，稳态及瞬态问题 ? 多种流体介质问题（空气+水冷却等） 强大的解算功能强大的解算功能 ? 集成 Fluent 求解器――全球最强大的 CFD（计算流体动力学）求解器 ? 有限体积方法(Finite Volume Method), 结构化与非结构化网格的求解器 ? 并行算法，能够实现任何操作系统下的网络并行运算 ? 多重网格求解加速运算 ? 稳定、收敛性好、计算精度高 强大的可视化后置处理强大的可视化后置处理 ? 面向对象的、完全集成的后置处理环境 ? 速度矢量图、等值面图、云图、等值面图、迹线图 ? 图片输出格式有：postscripts、PPM、TIFF、GIF、JPEG 和 RGB ? 动画输出格式有：AVI、MPEG、GIF ? 热分析计算结果可以输出到 Ansys、Patran、Nastran、I-deas 等结构分析软件，再进行应 力应变计算 太阳花散热器的速度场分布 ICEPAK 软件的应用软件的应用 辐射模型的仿真辐射模型的仿真 在自然对流和空间热分析中，辐射传热占据了很大的比重。

ICEPAK 软件提供了多种辐射模型来 进行高精度的辐射换热模拟， 广泛应用在地面及太空环境的热分析分析中 由于实际物理问题几 何形状千差万别，辐射角系数的计算非常复杂要想保证计算的精度，单一的角系数计算模型很 难适用于各种情况在 ICEPAK 软件中提供了多种辐射模型，可以满足任何工况的计算需要 半立方体模型半立方体模型（Hemicube）：Hemicube 模型是经典的辐射角系数计算模型，适合几何比较复 杂的问题，求解速度快 自适应模型自适应模型（Adaptive）：Adaptive 模型会根据两个辐射表面的位置自动选择最合适的角系数 计算方法： 1．Monte Carlo 积分法 ―― 两个表面之间的辐射被其它物体部分遮挡； 2．几何分析法 —— 两个表面之间的辐射完全无遮挡，且两个表面离得很近； 3．Gauss 求积法 ―― 两个表面之间的辐射完全无遮挡，但两个表面离得较远 上述两个图为电子系统分别处于自然散热状态和太空环境中的温度分布图，在这两种状态 下，辐射换热的计算精度对仿真结果的准确性至关重要目前同类软件中只有 ICEPAK 拥有如 此丰富的辐射模型， 在各种复杂的计算工况中都能获得很高的求解精度。

而其它商业热仿真软件 大多只有其中的某一种角系数计算方法，应用面很窄，很难保证计算精度 封闭机箱电子系统的仿真封闭机箱电子系统的仿真 有一些电子系统必须使用封闭机箱， 这类问题的难点在于箱体内外为两个独立区域， 箱内流 场为封闭的自然对流场，箱体外部流场为强迫对流或者自然对流，如上图所示ICEPAK 的非连 续网格能对局部区域进行加密，提高计算精度，同时减少网格数目以提高计算速度；丰富的自然 对流模型和辐射模型能够保证计算结果的精度在这类封闭机箱电子系统热设计方面，ICEPAK 已拥有大量的成功案例 电子元器件封装热分析电子元器件封装热分析 ICEPAK 可以模拟分析电子元器件级的散热问题ICEPAK 的封装模型库为用户对电子器件 的内部封装结构进行建模提供了快速定制模式，它包括了 BGA、QFP、LCC、DIP 等多种常见 的封装形式，能对管芯、管壳、衬底、焊球、基板等做出定义ICEPAK 的材料库中还包含有单 独的封装材料子模型库，包括 FR4、底充胶、衬底材料、陶瓷等多种封装材料用户也可以根 据自己的需要建立模型，定义自己所需的材料此外，ICEPAK 还提供了 JEDEC 测试环境，也 可从 Cadence Encounter、Gradient Firebolt 中导入芯片的功率分布。

这些都保证了用户进行封 装热分析的准确度，能很好地完成封装热阻分析、封装结构的散热设计等任务 PBGA 封装模型 考虑布线考虑布线(Traces)的的 PCB 热模型热模型 PCB 是由绝缘基板及导电金属组成， 其中 PCB 的金属层布线不是均匀分布的， 这造成 PCB 局部铜含量差别很大，局部导热系数也会有很大差别ICEPAK 软件可以导入 EDA 软件如 Cadence Allegro 、Gerber 等文件，这些文件包含了 PCB 的详细布线信息，包括金属布线以及 各种过孔等细致结构ICEPAK 通过布线分布自动计算出 PCB 上每个计算网格的导热系数，同 时还考虑了焦耳热效应图中显示了 PCB 纯导热的计算结果，其中一面为固定温度，另外一面 为固定热流，温度分布表明在固定热流面的温度不均匀，温度高低和布线分布有关 多物理场耦合仿真多物理场耦合仿真 ? ICEPAK 与 Ansoft SIwave 的兼容接口使得 ICEPAK 可以导入由 SIwave 计算得到的能量损 耗，且转化为六面体网格进行热分析，实现电磁-热的耦合计算，能够更加真实详尽地考虑 到电子散热的实际情况 ? ICEPAK 与 ANSYS 具有兼容性的集成环境，例如与 Workbench 能实现数据传输的无缝对 接，从而可以准确、便捷、高效地实现热机械应力等热-结构的耦合计算，甚至可以 Workbench 环境中运用 DOE（Design of Experiments） 、DFSS（Design for Six Si。