icepak紧凑封装建模 cepak Compact-package-modeling
Icepak培训中文教程
情况，如等温线、等压面等。
数据提取与对比分析
数据提取
从结果文件中提取特定位置或区域的数据，以便进行更详细的分 析和对比。
数据对比
将不同工况或不同设计方案的结果数据进行对比，分析差异和优劣 。
趋势分析
对提取的数据进行趋势分析，如温度随时间的变化趋势、速度随空 间位置的变化趋势等，以揭示数据的内在规律。
安装完成后，启动 Icepak软件，进行初步 的设置和配置。
Icepak软件界面介绍
菜单栏提供了文件操作、编 辑、视图、工具等常用功能
。
Icepak软件界面包括菜单栏 、工具栏、模型树、属性窗
口等部分。
01
02
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工具栏包含了常用的操作按 钮，如新建、打开、保存、
打印等。
模型树展示了当前仿真模型 的层次结构，方便用户管理
基本数据处理
对数据进行基本的处理操作，如数 据的排序、筛选、统计等，以满足 特定的分析需求。
结果可视化展示
云图显示
通过云图的方式展示数据场的分 布情况，如温度云图、速度云图 等，直观地表现数据的空间分布
特征。
矢量图显示
利用矢量图展示流场中的流动方 向和速度大小，帮助用户更好地
理解流动特性。
等值线/面显示
心温度分布和气流组织。
05
根据仿真结果优化散热设计，
如改进空调布局、提高机架通
风效率等。
06
案例三：新能源汽车散热设计
设计目标：确保新能源汽车电池组、 电机等关键部件在适宜温度下运行，
提高车辆性能和安全性。
设计步骤
建立车辆三维模型，包括电池组、电 机、散热器等组件。
Icepak介绍
Tcase1
Tcase2 68.55 69.16 68.95 71.21 67.00 68.74 66.17 69.01 68.22 70.72 H.P.2 57.93 54.10 55.02 56.64 53.72 52.11 52.23 53.48 56.02 56.67
20%
1999 2000
2001
2002 2003 plan
– Intel 有70-80个seats
– Motorola有超过80%的工程师使用Icepak
– Cisco有超过50%的工程师使用Icepak
Technology Leadership Icepak Product Evolution
Avionics, Defense & Government
– BAE, Northrop Grumman, General Dynamics, Lockheed Martin, NASA, DOD, DRS, Dy4, NRL, UTC-Hamilton Sundstrand, Westinghouse Bettis, Andrew, Boeing, Honeywell, Saab, TRW, ITT
Icepak 用户界面—完全windows风格
project label main menu shortcuts toolbar m o d e l t o o l b a r
graphic display area
global coordinate axes
model tree
messages
object geometry
Nonconformal Interface
Conformal 160,166 Nonconformal 107,050
Icepak实例详解(中文)
目录什么是Icepak? (2)程序结构 (2)软件功能 (3)练习一翅片散热器 (8)练习二辐射的块和板 (43)练习三瞬态分析练习四笔记本电脑练习五改进的笔记本电脑练习六 IGES模型的输入练习七非连续网格•练习八 Zoom-in 建模练习1 翅片散热器介绍本练习显示了如何用Icepak做一个翅片散热器。
通过这个练习你可以了解到：•打开一个新的project•建立blocks, openings, fans, sources, plates, walls•包括gravity的效应,湍流模拟•改变缺省材料•定义网格参数•求解•显示计算结果云图，向量和切面问题描述机柜包含5个高功率的设备（密封在一个腔体内），一块背板plate，10个翅片fins，三个fans, 和一个自由开孔，如图1.1所示。
Fins和plate用extruded aluminum. 每个fan质量流量为0.01kg/s，每个source为33W.根据设计目标，当环境温度为20C时设备的基座不能超过65C。
图 1.1:问题描述步骤 1: 创建一个新的项目1. 启动Icepak, 出现下面窗口。
2. 点击New打开一个新的Icepak project.就会出现下面的窗口：3. 给定一个项目的名称并点击Create.(a) 本项目取名为fin,(b) 点击Create.Icepak就会生成一个缺省的机柜，尺寸为 1 m ⨯1 m ⨯1 m。
你可以用鼠标左键旋转机柜，或用中键平移，右键放大/缩小。
还可以用Home position 回来原始状态。
4. 修改problem定义，包括重力选项。
Problem setup Basic parameters(a) 打开Gravity vector选项，保持缺省值。
(b) 保持其它缺省设置。
(c) 点击Accept保存设置。
步骤 2: 建立模型建模之前，你首先要改变机柜的大小。
然后建立一块背板和开孔，接下来就是建立风扇，翅片和发热设备。
Icepak高级建模教程
传热的方式
• 对流可以是:
– 自然对流 – 强迫对流
• 辐射是发生在两种没有直接接触的表面的传热:
– 能量以电磁波的形式发射出去 – 所有高于0 K的物体都有热辐射 – 几乎所有热辐射发生在红外波长范围(0.1 to 100 micron) – 能量传递率取决于表面条件(发射率)及物体间的位置分布
Introduction
热管理
• 电子线路板产生的热与其效率成反比 • 没有转换成有用的电磁功率的功率以热的形式散失到周围
的环境
• 热耗包括:
– 焦耳热(I2R) – (电源)Power supply
• 半导体设备的工作环境温度直接影响到它的可靠性
热管理
• 实际上，所有电子失效的机理都是由于封装温度升高引起 的: – TCE不匹配引起的热应力 Stresses due to TCE mismatch – 腐蚀 Corrosion – 电子移动 Electro-migration – 氧化物分解 Oxide breakdown – 电流泄漏 Current leakage (which doubles with every 10 c in active devices) – 电性能下降 Degradation in electrical performance (due to change in device parameters)
冷却方法
• 微通道冷却是一种用于处理在热耗元件上紧密排列的微小 翅片的散热的方法
– 冷却剂可以是液体也可以是流体
• 热电冷却器是一种固体的热泵,没有移动的部分或是工作流 体
Icepak高级建模教程
Introduction
热管理
• 电子线路板产生的热与其效率成反比 • 没有转换成有用的电磁功率的功率以热的形式散失到周围
的环境
• 热耗包括:
– 焦耳热(I2R) – (电源)Power supply
• 半导体设备的工作环境温度直接影响到它的可靠性
热管理
• 实际上，所有电子失效的机理都是由于封装温度升高引起 的: – TCE不匹配引起的热应力 Stresses due to TCE mismatch – 腐蚀 Corrosion – 电子移动 Electro-migration – 氧化物分解 Oxide breakdown – 电流泄漏 Current leakage (which doubles with every 10 c in active devices) – 电性能下降 Degradation in electrical performance (due to change in device parameters)
对流: 典型值
h 和 R 的典型值
Natural Convection Air
Oils
Fluorinerts
Water
Forced Convection Air
Oils
Fluorinets
Water
Heat Transfer Coeff., h, (W/m2-C)
2-25 20-200 25-250 100-1000
冷却方法
• 微通道冷却是一种用于处理在热耗元件上紧密排列的微小 翅片的散热的方法
– 冷却剂可以是液体也可以是流体
• 热电冷却器是一种固体的热泵,没有移动的部分或是工作流 体
– 利用Peltier效应把热量从由一个地方传递到时另一个地方
Icepak封装热解决方案
封装基板导热的详细模拟
• Icepak可以导入封装基板的Trace数 据，并基于此，对当地的导热系数 根据其残铜率进行评估
此举极大该散了封装结构散热通道 模拟的准确性 可以获得更高精度的温度分布和热 阻值
• •
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© 2011 ANSYS, Inc.
June 12, 2014
Release 14.0
June 12, 2014
Release 14.0
DELPHI 模型抽取
DELPHI 模型
• • •
Top Inner
Top Outer Thermal Resistors
用于系统级散热的封装热网络模型标准 Icepak的DELPHI Extractor 可以使用MS Excel自动生成 DELPHI模型 DELPHI是BCI模型(Boundary Conditions Independent)
快速建模功能 ECAD & MCAD 数据导入
Icepak Object工具图标
贴体网格自动划分 Fluent 求解器 结果可视化 WB 集成 (多物理场耦合)
只要点击相应的Object，就可生成新的器件 Icepak Object类型
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© 2011 ANSYS, Inc.
June 12, 2014
ANSYS ICEPAK的专业之处
ANSYS Icepak可集成于Workbench，与 其它ANSYS工具互连 Design Modeler (MCAD 连接)
快速建模功能 ECAD & MCAD 数据导入 贴体网格自动划分 Fluent 求解器 结果可视化
ANSYS Mechanical (热应力)
IDF MCM BRD Gerber ANF ODB++
2024版全新icepak培训
第1次课程
Icepak软件概述及基本操 作介绍
培训安排与时间表
第2次课程
01
几何建模与网格划分技术
第3次课程
02
材料属性定义与边界条件设置
第4次课程
03
求解器设置与仿真计算过程
培训安排与时间表
01
02
03
第5次课程
后处理功能介绍及结果展示
第6次课程
案例分析与实战演练（一）
第7次课程
案例分析与实战演练（二）
自定义函数库
探讨如何创建自定义函数库，将常用的操作封装成函数，方便在脚 本中调用，提高脚本编写效率。
04
行业案例分析与实战演练
电子设备散热设计案例
手机散热设计
分析手机内部发热元件的布局，通过优化散热结构、材料选择和 风扇设计等手段，提高手机的散热性能。
笔记本电脑散热设计
针对笔记本电脑的紧凑空间和高发热量，通过改进散热模块设计、 优化风道布局等方式，实现高效散热。
能效评估与优化
通过对数据中心空调系统的能效评估，发现能源浪费的环 节和潜力，提出针对性的优化措施，降低数据中心的能耗 和运营成本。
汽车空调系统设计案例
01
整车热舒适性分析
运用CFD技术对汽车内部空间进行热舒适性分析，评估不同气候条件和
驾驶场景下乘客的热感觉，为空调系统设计提供依据。
02
空调系统性能优化
团队合作与成果展示
鼓励学员分组合作，完成实际项目案例，并展示成果，促进彼此 间的交流与合作。
未来发展趋势预测
热仿真技术发展趋势
随着计算机技术的不断进步，热仿真技术将更 加精确、高效，实现更复杂系统的热分析与优 化。
行业应用前景展望
ICEPAK软件 三维热分析及应用
ICEPAK 软件三维热分析及应用
ICEPAK 软件
三维热分析及应用
李增辰
（信息产业部电子第 54 研究所）
摘要
本文阐述了当前电子行业热分析的形势，介绍了 Icepak 软件的应用范围及技术特点，以机箱为例介绍 Icepak 软件在电子系统的应用。
关键词： 热分析 Icepak 软件 机箱
实例
电子设备中，机箱是比较典型的结构形式，由于结构尺寸的限制，机箱内部一般布满了电子 元器件，对散热的要求较高。借助于 Icepak 软件，可以清楚的计算出机箱内部的热分布情况， 从而可以正确的排列器件的分布，正确配置散热风机。
下面以某电子系统的收发信机箱为例简要谈一下 Icepak 在热分析中的应用。 应用 Icepak 软件，首先要对机箱进行简化，将实体转化为 Icepak 认可的模型。对于热分 析有较大影响的散热器、高发热量的器件要建立详细的模型，而对热分析没有影响较小的细节方 面可以简化模型，这样不但可以提高求解的速度，并且还能把主要精力放在问题的求解上。 图 1-1 所示的系统是设计的原始方案，其中功率放大器的热功耗为 94W，DC/DC 模块的热 功耗为 20W，接收机与中心发射机的热功耗均为 5W，机箱除气孔及风扇开口外密封，并且要求 在环境温度为 60℃时，机箱内的温度不得超过 80℃。 本系统中机箱内部器件的发热量高，空气的流动不畅，必须靠风扇来强迫风冷，由于对温度 的要求苛刻，为了保证系统的可靠性，必须保证温度在允许的范围内。应用 Icepak 软件，可以 在设计阶段分析机箱内部的热分布情况，从而省掉样机的生产，缩短生产周期。
可以表达复杂几何而无须近似简化。同时 Icepak 网站还以很快的速度不断提供新的模型库，如 各类风机、无限定的多层 PCB 板、各类散热器等等。 自动网格生成
ICEPAK软件基础知识介绍
ICEPAK软件由全球最优秀的计算流体力学软件提供商Fluent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（get-right-first-time）、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做为专业的热分析软件，可以解决各种不同尺度级别的散热问题：环境级——机房、外太空等环境级的热分析系统级——电子设备机箱、机柜以及方舱等系统级的热分析板级—— PCB板级的热分析元件级——电子模块、散热器、芯片封装级的热分析ICEPAK的应用领域ICEPAK软件广泛应用于通讯、航天航空电子设备、电源设备、通用电器及家电等领域。
ICEPAK软件的著名客户有：通讯业中的华为、中兴、上海阿尔卡特-贝尔、施耐德电气、UT斯达康、爱立信、上海GE、华为3com、AT&T、Motorola、Aval Communication、Cisco、Fuji Electric、Lucent、Mitsubishi Electric等；计算机业中的Compaq、HP、IBM、Intel、NEC、SGI、SGI/Cray、DELL、Apple、Sun等；航天航空电子设备中的西南电子研究所、石家庄通信技术所、南京电子信息研究所、广州通信技术研究所、航空雷达研究所、航空飞行控制研究所、航天计算机所、西安电子设备研究所、咸阳电子设备研究所、北京电子科学院、中科院电子所、Lockheed Martin、Boeing、TRW Avionics、Chrysler、Allied Signal等；通用电器及家电业中的Fuji Electric、Sony、3Com、3M、GE等。
快速几何建模友好界面和操作——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——箱体、块、风扇、PCB板、通风口、自由开口、空调、板、壁面、管道、源、阻尼、散热器、离心风机、各种封装件模型等，用户可以直接从ICEPAK的菜单调用现成的模型，无须从点、线、面开始建模；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、方形或园形板，在这些基本模型基础上可以构造出各种复杂形状的几何模型；大量的模型库——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，用户可以随时上网更新自己的模型库；用户还可以用已经创建好的模型建立自己的库；ECAD/IDF输入——IDF（如Cadence, Mentor Graphics, Zuken, Synopsys等）格式的文件直接输入；专用的CAD软件接口IcePro——IcePro可以直接导入CAD模型，如Assembly, Part, Iges, Step, Sat格式文件，并能自动转化为ICEPAK模型。
Icepak培训教程
I c e p a k培训教程-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1目录什么是Icepak (2)程序结构 (2)软件功能 (3)练习1 翅片散热器 (6)练习2 辐射的块和板 (41)练习3 瞬态分析 (56)练习4 笔记本电脑 (75)练习5 修改的笔记本电脑 (104)练习6 由IGES导入的发热板模型 (114)练习7 非连续网格 (138)练习8 Zoom-in建模 (149)什么是IcepakIcepak是强大的 CAE 仿真软件工具，它能够对电子产品的传热，流动进行模拟，从而提高产品的质量，大量缩短产品的上市时间。
Icepak能够计算部件级，板级和系统级的问题。
它能够帮助工程师完成用试验不可能实现的情况，能够监控到无法测量的位置的数据。
Icepak采用的是FLUENT计算流体动力学 (CFD) 求解引擎。
该求解器能够完成灵活的网格划分，能够利用非结构化网格求解复杂几何问题。
多点离散求解算法能够加速求解时间。
Icepak提供了其它商用热分析软件不具备的特点，这些特点包括：图软件架构非矩形设备的精确模拟接触热阻模拟各向异性导热率非线性风扇曲线集中参数散热器外部热交换器辐射角系数的自动计算程序结构Icepak软件包包含如下内容:Icepak, 建模，网格和后处理工具FLUENT, 求解器Icepak本身拥有强大的建模功能。
你也可以从其它 CAD 和 CAE 软件包输入模型. Icepak 然后为你的模型做网格, 网格通过后就是进行CFD求解。
计算结果可以在Icepak中显示, 如图所示.软件功能所有的功能均在Icepak界面下完成。
总述鼠标控制的用户界面o鼠标就能控制模型的位置，移动及改变大小o误差检查灵活的量纲定义几何输入IGES, STEP, IDF, 和 DXF格式库功能在线帮助和文档o完全的超文本在线帮助 (包括理论和练习册)支持平台o UNIX 工作站o Windows NT 2000/XP 的PC机建模基于对象的建模o cabinets 机柜o networks 网络模型o heat exchangers 热交换器o wires 线o openings 开孔o grilles 过滤网o sources 热源o printed circuit boards (PCBs) PCB板o enclosures 腔体o plates 板o walls 壁o blocks 块o fans (with hubs) 风扇o blowers 离心风机o resistances 阻尼o heat sinks 散热器o packages 封装macros 宏o JEDEC test chambers JEDEC试验室o printed circuit board (PCB)o ducts 管道o compact models for heat sinks 简化的散热器2D object shapes 2D模型o rectangular 矩形o circular 圆形o inclined 斜板o polygon 多边形板complex 3D object shapes 3D模型o prisms 四面体o cylinders 圆柱o ellipsoids 椭圆柱o elliptical and concentric cylinders 椭圆柱o prisms of polygonal and varying cross-section 多面体o ducts of arbitrary cross-section 任意形状的管道网格自动非结构化网格生成o六面体，四面体，五面体及混合网格网格控制o粗网格生成o细网格生成o网格检查o非连续网格材料综合的材料物性数据库各向异性材料属性随温度变化的材料物理模型层流/湍流模型稳态/瞬态分析强迫对流/自然对流/混合对流传导流固耦合辐射体积阻力混合长度方程（0-方程）, 双方程(标准- 方程), RNG - , 增强双方程 (标准- 带有增强壁面处理), 或Spalart-Allmaras 湍流模型接触阻尼体积阻力模型非线性风扇曲线集中参数的fans, resistances, and grilles边界条件壁和表面边界条件：热流密度, 温度, 传热系数, 辐射,和对称边界条件开孔和过滤网风扇热交换器时间相关和温度相关的热源随时间变化的环境温度求解引擎对于求解器FLUENT,是采用的有限体积算法。