icepak12.0初学者教程

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¾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；¾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；¾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；¾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；¾EDA/IDF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。¾专用的CAD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zoom-in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。¾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。¾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；¾四面体网格—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。¾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。¾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。¾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¾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。¾参数化设计：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。¾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¾强迫对流、自然对流和混合对流模型¾热传导模型、流体与固体耦合传热模型¾物体表面间的热辐射模型、太阳辐射模型¾层流、湍流，稳态及瞬态问题¾多种流体介质问题（空气+水冷却等）强大的解算功能¾集成Fluent求解器――全球最强大的CFD（计算流体动力学）求解器¾有限体积方法(FiniteVolumeMethod),结构化与非结构化网格的求解器¾并行算法，能够实现任何操作系统下的网络并行运算¾多重网格求解加速运算¾稳定、收敛性好、计算精度高强大的可视化后置处理¾面向对象的、完全集成的后置处理环境¾速度矢量图、等值面图、云图、等值面图、迹线图¾图片输出格式有：postscripts、PPM、TIFF、GIF、JPEG和RGB¾动画输出格式有：AVI、MPEG、GIF¾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（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（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．MonteCarlo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CadenceEncounter、GradientFirebolt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(Traces)的PCB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CadenceAllegro、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¾ICEPAK与AnsoftSIwave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。¾ICEPAK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（DesignofExperiments）、DFSS（DesignforSixSigma）等方法进行电子优化设计。软件支持平台1．WindowsNT，Windows2000/XP/2003的PC机32位及64位，双核CPU。2．Unix，LINUX等的工作站。