Icepak學習筆記

1、ICEPAK學習筆記張永立；2010-09-13目錄算例一：翅片散熱 流量單位CFM ICEPAK的分析流程 Peclet數(shù)網格Peclet數(shù)注意opening和風扇的邊界條件設置 算例二：RF放大器 射頻功率放大器簡介Wall/Enclosure/Block/Plate的區(qū)別Wall的內側（inner）和外側(Outside)是如何定義的？ Enclosure內部是否有網格，內部是如何定義和處理的？ PCB板的定義（Rack/Board/HeatDissipation/TraceLayers）HeatSink的定義尺寸含義算例三：風扇位置優(yōu)化 格柵（Grille）可以定義傾斜角度類型為“ho

2、llow”的Block內部沒有網格優(yōu)化參數(shù)的定義定義并顯示多工況報告（report）如何修正風扇模型中P-Q隨著海拔高度的變化注意network block的用法算例四：冷板的模擬（Cold-Plate）在Block1內部又建立Block2意味著什么？ 注意優(yōu)先級的應用算例五：熱管模擬 Unpack的應用各向異性導熱的設置嵌套assembly的使用方法算例六：協(xié)調網格/非協(xié)調網格對比 ICEPAK的默認參數(shù)設置為什么ICEPAK寫出的*.res文件不能讀入到CFD-Post后處理?算例七：高級網格劃分 建立Assembly實現(xiàn)非連續(xù)網格劃分時需要注意掩膜板劃分網格需要注意接觸熱阻和薄導熱板的差

3、別是什么?注意：ICEPAK中不允許兩個“thin objects”交疊在一起！ 算例八：計算Grille損失系數(shù)（批處理/優(yōu)化） ICEPAK中多孔板的創(chuàng)建方法注意多種批處理的設置和后處理功能算例九：兩種散熱器翅片散熱效果（參數(shù)開關） 多種散熱器對比可以在一個case中通過切換開關來實現(xiàn)一個case計算多種散熱器模型不需要預先生成網格本算例的opening邊界沒有設置壓力邊界條件算例十：最小化熱阻（參數(shù)優(yōu)化）計算域外延新材料的定義如何才能激活ICEPAK的優(yōu)化參數(shù)（optimization）？ 優(yōu)化計算的基本步驟算例十一：ICEPAK的輻射模型 自然對流最好給定非零速度的初始條件： 輻射模型

4、一：S2S模型 輻射模型二：DO模型 三種計算結果對比算例十二：瞬態(tài)模擬 定義一個瞬態(tài)問題隨時間變化函數(shù)實體的定義方法非定常動畫算例十三：Zoom In功能 注意本算例hollow Block的用法Grille的方向問題Grille和Resistance的差別當所設置的ZoomIn區(qū)域和系統(tǒng)中的實體（object）相交時關于ZoomIn的詳細分析直接詳細計算和通過ZoomIn詳細計算的結果差別比較算例十四：IDF導入功能 IDF文件說明注意“Group”的應用算例十五：CAD導入功能 CAD幾何面導入成ICEPAK實體（object）的方法Mentor輸出文件格式Mesher HD網格如何查詢

5、網格數(shù)量和質量？ 如何并行計算？ 如何重啟動計算？ 算例十六：PCB板的Trace導入 可以導入Trace的文件格式如何能夠查詢材料庫函數(shù)的具體物性參數(shù)？ ICEPAK是如何根據(jù)導入的trace計算熱導率的?PCB實體不能兼容非連續(xù)網格PCB實體和Block實體有什么區(qū)別？ IDF導入的模型劃分網格出錯： 算例十七：Trace焦耳熱 給定局部關心的Trace焦耳熱計算過程中中途強制停止計算的后果算例十八：微電子封裝 注意封裝庫的選擇和使用注意network類型的Block的設置和結果溫度查詢方法注意探針（probe）的使用為什么文本輸出和圖形顯示的最高溫度差別很大？算例十九：多級網格 定義as

6、sembly時需要注意注意多級網格的用途和用法算例二十：BGA封裝的Trace導入 注意導入BGA中trace的方法計算封裝內部的熱問題沒有流動注意本算例自然對流系數(shù)的處理方式（不是常數(shù)）注意Rjc的計算方法算例二十一：30所ICEM題目 如何在ICEPAK中實現(xiàn)模擬？ 經驗技巧總結1.如何把元器件功率導入ICEPAK中？ 2.應用“two resistor”雙熱阻模型計算溫度不合理的問題 3.關于IDF文件的說明 4.IDF中間格式如何導入Pro/E 5.關于常用EDA軟件的介紹 6.PADS和Protel文件格式互轉 7.Protel的數(shù)據(jù)輸入給ICEPAK的方法 算例一：翅片散熱流量單位

7、CFM：CFM是一種流量單位cubic feet per minute 立方英尺每分鐘1CFM=28.3185 L/MINICEPAK的分析流程：建模模型檢查劃分網格網格觀察檢查Reynolds和Peclet數(shù)求解Peclet數(shù)：peclet number，用P或Pe表示，是一個無量綱數(shù)值，用來表示對流與擴散的相對比例。隨著Pe數(shù)的增大，輸運量中擴散輸運的比例減少，對流輸運的比例增大。P=vL/其中v為特征速度, L為特征長度,為特征擴散系數(shù)。網格Peclet數(shù)：1976年Roache提出，網格或單元Peclet數(shù)可以用來度量某點處的對流和擴散的強度比例。網格Peclet數(shù)定義為隨著Pe數(shù)的增

8、大，的輸運量中擴散輸運的比例減少，對流輸運的比例增大。擴散是無方向性的，在各個方向的擴散量一樣。而對流是有方向性的，輸運特征或的分布呈橢圓形狀。當Pe時，的輸運中幾乎沒有擴散，全部都是對流。在P點處的影響由于對流直接傳達到下游節(jié)點E，而反過來E點處的值幾乎對P點處的分布沒有影響。因此網格Peclet數(shù)越大，上游節(jié)點值對下游節(jié)點的影響越大，下游節(jié)點對上游節(jié)點的影響越小。而當Pe=0時，上游節(jié)點對下游節(jié)點的影響與下游節(jié)點對上游節(jié)點的影響一樣。 采用泰勒級數(shù)誤差分析可知，中心差分格式離散方程計算具有二階截差，在Pe<2或擴散占優(yōu)的流動情況下，計算有較高的精度。但是當流動為強對流情況時，計算的收

9、斂性和精度都較差。為什么這里有個標準Pe<2？對于一維對流擴散問題的有限體積法離散方程，離散方程可寫成統(tǒng)一形式：其中系數(shù)aP，aE是表示擴散與對流作用的影響。如果Pe>2，則aE將會為負，而這樣會導致物理上不真實的解。因此當Pe<2時才能保證應用中心差分計算有較高的精度。注意opening和風扇的邊界條件設置：第一：當風扇是送風時，風扇和opening邊界條件的設置：風扇類型設置為“intake”；Opening只設置溫度邊界條件即可（默認設置，沒有測試其他選項）。第二：當風扇是抽風時，風扇和opening邊界條件的設置：測試發(fā)現(xiàn)：當風扇類型設置為“exhaust”時，計算結

10、果速度場始終為零，得不到正確的計算結果。這種情況發(fā)生時，只需要把初始條件中的速度場設置為非零即可（如：把Velocity z =-0.02 m/s）算例二：RF放大器射頻功率放大器簡介：射頻功率放大器（RF PA）是各種無線發(fā)射機的重要組成部分。在發(fā)射機的前級電路中，調制振蕩電路所產生的射頻信號功率很小，需要經過一系列的放大一緩沖級、中間放大級、末級功率放大級，獲得足夠的射頻功率以后，才能饋送到天線上輻射出去。為了獲得足夠大的射頻輸出功率，必須采用射頻功率放大器。射頻功率放大器是發(fā)送設備的重要組成部分。射頻功率放大器的主要技術指標是輸出功率與效率。除此之外，輸出中的諧波分量還應該盡可能地小，以

11、避免對其他頻道產生干擾。 射頻功率放大器是對輸出功率、激勵電平、功耗、失真、效率、尺寸和重量等問題作綜合考慮的電子電路。在發(fā)射系統(tǒng)中，射頻功率放大器輸出功率的范圍可以小至mW，大至數(shù)kW，但是這是指末級功率放大器的輸出功率。為了實現(xiàn)大功率輸出，末前級就必須要有足夠高的激勵功率電平。射頻功率放大器的工作頻率很高，但相對頻帶較窄，射頻功率放大器一般都采用選頻網絡作為負載回路。射頻功率放大器可以按照電流導通角的不同，分為甲（A）、乙（B）、丙（C）三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的導通角為360°，適用于小信號低功率放大，乙類放大器電流的導通角等于180°，丙類放大器電流的導通角則小

12、于180°。乙類和丙類都適用于大功率工作狀態(tài)，丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高的。射頻功率放大器大多工作于丙類，但丙類放大器的電流波形失真太大，只能用于采用調諧回路作為負載諧振功率放大。由于調諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然接近于正弦波形，失真很小。除了以上幾種按照電流導通角分類的工作狀態(tài)外，還有使電子器件工作于開關狀態(tài)的丁（D）類放大器和戊（E）類放大器，丁類放大器的效率高于丙類放大器。Wall/Enclosure/Block/Plate的區(qū)別：答：Encosure的實質就是由六個Plate的板拼成的。內部封閉空間就是流體區(qū)域，所以也會劃分網格。Plate的優(yōu)

13、先級高于Block；另外，在計算輻射時，Plate只計算兩個面的輻射，不計算四個側面的輻射，而Block則要計算6個側面的輻射。Wall的內側（inner）和外側(Outside)是如何定義的？Enclosure內部是否有網格，內部是如何定義和處理的？答：enclosure內部是有網格的。內部定義成流體區(qū)域。PCB板的定義（Rack/Board/HeatDissipation/TraceLayers）： Rack/Board/HeatDissipation/TraceLayers的含義分別是什么？答：其中Rack的功能就是為了方便建立多個PCB板，用copy命令可以達到同樣的目的。HeatSi

14、nk的定義尺寸含義：其中的Base Height是指散熱器底部平板厚度，Overall Height是指散熱器總高度（即：底板厚度+翅片高度）。算例三：風扇位置優(yōu)化格柵（Grille）可以定義傾斜角度：答：可以定義傾斜角度。如下圖。另外，關于“Resistance type”的類型（為了計算阻力損失），有三種，第一種是用于孔板結構，第二種是用于鋼絲網結構。類型為“hollow”的Block內部沒有網格：一旦Block定義為“hollow”,則Block內部是不會劃分網格的（成為非計算區(qū)域）。優(yōu)化參數(shù)的定義：用“$”+變量的形式，可以實現(xiàn)參數(shù)化批處理計算。定義并顯示多工況報告（report）：如

15、何修正風扇模型中P-Q隨著海拔高度的變化：對于不含風扇的流動熱分析，可以直接通過改變空氣材料屬性即可實現(xiàn)海拔高度對散熱的影響，但對于風扇模型性能（P-Q性能）如何修正其隨海拔高度的變化特性呢？注意network block的用法：算例四：冷板的模擬（Cold-Plate）在Block1內部又建立Block2意味著什么？注意優(yōu)先級的應用:不同類的實體之間優(yōu)先級不同：軟件本身定義了他們的優(yōu)先級，如：Plate的優(yōu)先級始終大于Block，用戶無法修改；同類的實體之間也各自有自己的優(yōu)先級：通過“Priority”來定義，可以認為修改，Priority的數(shù)值越大優(yōu)先級越高。算例五：熱管模擬Unpack的

16、應用：各向異性導熱的設置：嵌套assembly的使用方法：可用于多重非連續(xù)網格！算例六：協(xié)調網格/非協(xié)調網格對比ICEPAK的默認參數(shù)設置：為什么ICEPAK寫出的*.res文件不能讀入到CFD-Post后處理？算例七：高級網格劃分建立Assembly實現(xiàn)非連續(xù)網格劃分時需要注意：設置Assembly的slack時，不要把非連續(xù)網格界面放在Assembly和其它器件相接觸的位置，如下圖示：掩膜板劃分網格需要注意：如下圖，當對“Plate”使用類型“conducting thin”劃分網格失敗時，可以嘗試把掩膜板改為接觸熱阻的形式“Contact resistance”類型。接觸熱阻和薄導熱板的

17、差別是什么？即類型“Contact resistance”和“conducting thin”的差別是什么？注意：ICEPAK中不允許兩個“thin objects”交疊在一起！算例八：計算Grille損失系數(shù)（批處理/優(yōu)化）ICEPAK中多孔板的創(chuàng)建方法：先創(chuàng)建一個block作為無孔板，再在此板的平面內穿件若干個opening!注意多種批處理的設置和后處理功能：表達式的定義、曲線的繪制等。算例九：兩種散熱器翅片散熱效果（參數(shù)開關）多種散熱器對比可以在一個case中通過切換開關來實現(xiàn)：兩種類型的散熱器效果對比，可以把兩個散熱器同時建立在一個模型中，把其中一個散熱器放在“Trash中的Inact

18、ive”；等一個分析完畢后，再把這個散熱器從“Inactive”中拿出來，把另外一個散熱器放入“Inactive”中。也可以直接定義一個變量，如“HeatSink”通過在trials中給定變量“HeatSink”的值（如：“Inline”和“Staggered”）來實現(xiàn)。一個case計算多種散熱器模型不需要預先生成網格：由于多種散熱器幾何模型不一樣，因此軟件在計算每個模型之前自己自動劃分網格。不過最好把散熱器作為一個Assembly,以便應用Non-conformal網格。本算例的opening邊界沒有設置壓力邊界條件：當外邊界不設置壓力邊界條件時，軟件內部是如何處理壓力邊界條件的？計算結果顯

19、示壓力場分布的合理性有待研究？！算例十：最小化熱阻（參數(shù)優(yōu)化）計算域外延：當計算域不僅包含了熱分析器件本身，還包含其周圍的空間場時，在ICEPAK中實現(xiàn)只需要把“Cabinet”尺寸外延，并把“Cabinet”的默認邊界改成“opening”邊界即可。新材料的定義： 可以創(chuàng)建自己的新材料放在材料庫里面。如何才能激活ICEPAK的優(yōu)化參數(shù)（optimization）？不知道是什么原因，目前我的ICEPAK v12.1版本始終無法激活（灰體），及時定義了設計變量。優(yōu)化計算的基本步驟：第一步：定義設計變量，并給定設計變量的初始值；第二步：定義設計變量的約束條件（包括設計變量的上下限，目標變量的約束等

20、，目標變量可以是函數(shù)表達式，例如：Mass_HeatSink1+Mass_HeatSink2 < 0.326kg）；第三步：生成網格；第四步：提交求解。算例十一：ICEPAK的輻射模型自然對流最好給定非零速度的初始條件：自然對流計算，要避免速度為零的出場，給一個較小的初始速度，以便求解能順利進行下去。輻射模型一：S2S模型計算輻射前，先需要計算角系數(shù)（view factor）。ICEPAK中，在“ModelRadiation”中計算角系數(shù)。（注：不要激活DO輻射模型選項）輻射模型二：DO模型激活DO 輻射模型選項，不需要計算角系數(shù)。三種計算結果對比：結論：一般輻射模型強烈推薦使用S2S模

21、型；當模型特別復雜，幾何面特別多的時候，由于應用S2S模型計算角系數(shù)會占用非常多的計算量，則考慮使用DO輻射模型。算例十二：瞬態(tài)模擬定義一個瞬態(tài)問題：隨時間變化函數(shù)實體的定義方法：非定常動畫：算例十三：Zoom In功能注意本算例hollow Block的用法：如果計算域不是規(guī)則的六面體，可以考慮用hollow block來挖去不需要的計算域，這樣此計算域內就不需要劃分網格（如下圖）。Grille的方向問題：其中的方向：“Normal in”和“Normal out”是如何定義的？Grille和Resistance的差別：當所設置的ZoomIn區(qū)域和系統(tǒng)中的實體（object）相交時： 通過“

22、Resize”，被求交的實體會適應ZoomIn區(qū)域，ZoomIn本身的區(qū)域不變。關于ZoomIn的詳細分析：一旦創(chuàng)建了ZoomIn區(qū)域，在當前目錄下就會有一個“*.zoom_in”的文件生成，打開此文件，把ZoomIn內部原來系統(tǒng)級上簡化的實體刪除，創(chuàng)建詳細的實體模型，然后重新提交計算，即可獲得詳細的分析結果（軟件已經自動把系統(tǒng)級的計算結果加載到ZoomIn新的Cabinet六個邊界上）。直接詳細計算和通過ZoomIn詳細計算的結果差別比較：算例十四：IDF導入功能IDF文件說明：注意“Group”的應用：算例十五：CAD導入功能CAD幾何面導入成ICEPAK實體（object）的方法：Men

23、tor輸出文件格式：Mesher HD網格：如何查詢網格數(shù)量和質量？如何并行計算？如何重啟動計算？算例十六：PCB板的Trace導入可以導入Trace的文件格式：MCM、BRD、TCB，以及使用Cadence/Synopsys/Zuken/Mentor等創(chuàng)建的Gerber文件（.grb/.art/.pho）。注意：只能在windows平臺下才能導入Gerber文件，并且還需要有artwork口令。另外，如果想導入MCM/BRD文件，需要安裝Cadence Allegro。如何能夠查詢材料庫函數(shù)的具體物性參數(shù)？ICEPAK是如何根據(jù)導入的trace計算熱導率的？本算例中，導入的PCB板本身材料的

24、導熱率為（KX、KY、KZ）=（5.7，5.7，0.37），為什么加入Trace之后計算的真實導熱率局部位置比原PCB板本身的材料導熱率還低？ KX=(0.35,43.7),KY=(0.35,42.5),KZ=(0.35,0.56)!PCB實體不能兼容非連續(xù)網格：如果實體是PCB板類型，則不能使用非連續(xù)網格；但可以用Block來代替PCB板，這樣就可以使用非連續(xù)網格。PCB實體和Block實體有什么區(qū)別？IDF導入的模型劃分網格出錯：算例十七：Trace焦耳熱給定局部關心的Trace焦耳熱：通過過濾器，選擇Trace，然后設定其電流，ICEPAK軟件會基于給定的電流計算其發(fā)熱功率，進而精確的分

25、析PCB板的溫度分布。計算過程中中途強制停止計算的后果：強制停止計算后，本算例可以看到溫度場，但看不到電流密度、電位勢等參數(shù)。算例十八：微電子封裝注意封裝庫的選擇和使用：注意network類型的Block的設置和結果溫度查詢方法：注意探針（probe）的使用：為什么文本輸出和圖形顯示的最高溫度差別很大？本算例計算發(fā)現(xiàn)：通過“Write overview of results when finished”寫出的每個實體的最大溫度（70C），和直接在圖形顯示（或者report）出來的每個實體的最大溫度（80C）不一致呢？算例十九：多級網格定義assembly時需要注意：注意“external as

26、sembly”和“internal assembly”的區(qū)別在哪里?注意多級網格的用途和用法：當想更好的捕捉幾何形狀，而在空間區(qū)域又不想劃分太密網格時，考慮使用多級網格來捕捉幾何特征。具體方法就是在所定義的assembly中激活：multilevel.算例二十：BGA封裝的Trace導入注意導入BGA中trace的方法：計算封裝內部的熱問題沒有流動：注意本算例自然對流系數(shù)的處理方式（不是常數(shù)）：注意Rjc的計算方法：算例二十一：30所ICEM題目如何在ICEPAK中實現(xiàn)模擬？主要是以下幾點如何方便的實現(xiàn)ICEM轉化到ICEPAK？第一：左/右/上三個側面的散熱側片在ICEPAK中，如何處理ca

27、binet的邊界？第二：箱體的厚度可以用enclosure+壁厚來等效嗎？還是通過若干個block或Plate來實現(xiàn)？還是通過“CAD Data”（用CAD surface）直接轉換?經驗技巧總結1.如何把元器件功率導入ICEPAK中？答：有三種方法導入：（可以詳細參考tut14“IDF Import”）第一種：EDA軟件輸出成IDF格式時只要有元器件功率就可以直接導入；第二種：手動編寫文本文件，把各個元器件的功率編寫成*.txt文件，然后導入即可； 第三種：通過Ansoft Siwave軟件導入。第四種：通過將protel文件轉為pads文件,然后在pads里面另存就可以得到emn,emp文

28、件了，網上多的很的將protel文件轉為pads文件的轉換器。有網友回答：我們這邊EDA的layout工程師使用軟件各有不同，用powerPCB,protel,或者是allegro等，對他們那邊具體操作不太熟悉，不過用protel的工程師講，其他軟件都可以，確實只有protel不能直接輸出，但他一直是導入到powerPCB中在導出成功的!另外也可以在ICEPAK內手工編輯。注意：IDF是“Intermediate Data Format”的縮寫，IDF不是一種文件格式，而是中間數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)稱，它記錄的是CAD信息（幾何信息和數(shù)據(jù)庫信息），可能有幾個文件。比如：emn和emp就是一種中間格式；b

29、df和ldf也是一種中間格式。2.應用“two resistor”雙熱阻模型計算溫度不合理的問題 答:客戶提到：在PCB板上的電子器件使用“network”類型中的“two resistor”雙熱阻模型發(fā)現(xiàn)，在PCB板和電子器件向接觸的溫度反而比外圍的溫度還低，不合理。經測試發(fā)現(xiàn)，當PCB板的法向導熱率遠低于切向導熱率的問題，不會出現(xiàn)上述現(xiàn)象。當把PCB板用Block來代替，即導熱率為各向同性（法向和切向導熱率都比較大）時，就會出現(xiàn)上述問題。3.關于IDF文件的說明Mentor可以生成IDF的CAD模型。典型的IDF模型包含兩個文件：board文件和library文件。Board文件包含板層（板尺寸和形狀、以及元器件位置），library文件包含元器件信息（尺寸、功耗、jc及jb電阻等）。ICEPAK的“IDF import”菜