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ANSYS ICEPAK專業電子熱設計

概述

現在的電子產品體積小、熱耗大,因此必須要求有良好的散熱設計。器件過熱勢必降低其可靠性,進而導致高昂的設計成本。為了確保IC封裝、PCB和整機系統的卡靠性。工程師需要使用ANSYS Icepak來確保產品良好的散熱設計。


ANSYS Icepak包含先進的求解器,其魯棒性強、穩定性高,自動化的網格技術,使得工程師可以對所有的電子產品進行快速的熱設計模擬。作為專業的熱分析軟件,可以解決各種不同尺度級別的散熱問題:

環境級 —— 機房、外太空等環境級的熱分析

系統級 —— 電子設備機箱、機柜以及方艙等系統級的熱分析

板 級 —— PCB板級的熱分析

元件級?—— 電子模塊、散熱器、芯片封裝的熱分析


快速模擬電子系統熱分布

電子產品的迅速更新需要工程師具有便捷的熱設計能力。工程師可以通過ANSYS Icepak的標準電子組件來建立電子產品的真實熱模型,同時進行快速計算,得到產品的熱特性分布。


ANSYS ICEPAK專業電子熱設計


工程師通過簡單的拖拽、下拉等操作,對Icepak提供的小組件(比如:機箱、風扇、封裝、PCB板和散熱器等等)進行編輯修改,即可快捷地建立完整的系統熱模型;修改不同的參數,還可以對不同工況進行熱模擬分析比較。


精確模擬PCB板


高溫勢必影響PCB的工作性能,因此工程師需要將PCB的熱設計和PCB的電氣功能設計同時進行。使用ANSYS Icepak,工程師可以將各種EDA軟件的PCB布線導入Icepak(包括PCB的尺寸、器件的布局、PCB板布線和過孔信息等,均可以導入),這樣工程師可以得到精確的PCB熱特性。Icepak也可以模擬PCB板的焦耳熱損耗等。工程師利用Icepak可以精確預測PCB的溫度分布及各IC器件的結溫。


ANSYS ICEPAK專業電子熱設計


IC封裝的詳細和簡化模型


由于高溫嚴重影響設備的可靠性,先進的封裝工藝均要求封裝有良好多熱設計。ANSYS Icepak包含各類IC封裝的詳細和簡化熱模型。另外,工程師可以導入EDA軟件的封裝信息,比如基板布線和過孔、金線、焊錫凸塊、硅片DIE尺寸及焊球等等,同時Icepak還可以進行各種封裝的熱測試模擬。對于詳細的封裝模型,可以自動產生一個優化后的DELPHI網絡IC模型,工程師進行板級或系統級熱模擬時,可以得到各IC封裝的結溫分布。


ANSYS ICEPAK專業電子熱設計


功能特色

快速穩定的求解計算

ANSYS Icepak使用***的Fluent求解器進行計算??汕蠼饬鲃蛹八械膫鳠崮P汀獋鲗?、對流和輻射換熱,可對電子產品熱設計進行瞬態計算和穩態計算。求解器可以對異形幾何的貼體網格進行耦合計算;允許工程師用非結構化網格對任何復雜的電子幾何單元進行貼體保性的網格劃分,并進行計算求解。


自動優秀的網格技術

提供先進的自動網格技術,可自動產生高質量的網格,并真實表達幾何形狀。其網格類型包括:Mesher-HD、非結構化網格和結構化網格;不用人工干預,便可以對復雜幾何產生貼體的網格。另外,工程師可以對Icepak的網格進行人工控制。優秀的網格技術可以有效地改善求解計算的時間。


Icepak—基于對象的建模方式

包含電子行業常用的預定義小組件:機箱、風扇、離心風機、IC封裝、電路板、通風孔、散熱器等等。另外,包含電子行業常用的材料屬性、邊界條件等等。工程師可以快速地建立模型,并進行模擬計算。


電子器件庫

豐富的標準電子器件庫方便用戶不用特意尋找器件的詳細數據。其包含材料庫、散熱器庫、導熱硅庫、封裝庫及各類廠商的風扇庫和離心風機庫。


自動耦合傳熱計算

根據PCB板布線和過孔的信息,Icepak可以計算出PCB板和IC封裝基板層的詳細導熱率分布。對于PCB板這種多層復合材料,得到各向異性不均勻的導熱率,可以大大提高電子熱設計的精度。


ANSYS ICEPAK專業電子熱設計

自然冷卻工況下,某MLPQ封裝的溫度云圖分布



ANSYS ICEPAK專業電子熱設計

使用MRF模擬真實風機,得到某系統的跡線和溫度分布云圖



ANSYS ICEPAK專業電子熱設計

基于布線和過孔信息,計算IC封裝基板層的詳細導熱率


參數化/優化計算

ANSYS Icepak定義的變量參數、組合函數等可進入ANSYS Workbench平臺的參數管理系統,用戶可隨便輸入各變量的參數值,自動驅動Icepak進行多變量的參數化計算。


ANSYS DesignXplorer是Icepak的優化模塊,通過MOGA (Multiple Objective Generic Algorithm)算法進行多參數的優化計算,如下模型:

優化散熱器個數和翅片厚度;

散熱器總質量不超過0.326kg;

系統***溫度不超過70℃;

優化結果:翅片厚度0.55893mm,翅片個數18,***溫度69.316℃,熱阻0.24513C/W,散熱器總質量0.32546kg。


ANSYS ICEPAK專業電子熱設計

參數化計算



ANSYS ICEPAK專業電子熱設計

變量優化計算


典型應用


IC封裝

板級散熱

機箱散熱

數據中心通風





    ANSYS ICEPAK專業電子熱設計

    IC封裝


    ANSYS ICEPAK專業電子熱設計

    PCB單板


    ANSYS ICEPAK專業電子熱設計


    服務器系統




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    數據中心



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