Ansys Icepak 電氣 · 電子系統熱分析

Ansys Icepak 電氣 · 電子系統熱分析

Ansys Icepak是專業的電子設備熱設計模擬工具,採用流體模擬工具Ansys Fluent作為其求解器,包含豐富的物理模型,提供獨特的自動非結構網格生成技術,可以幫助電子工程師實現方便、精確、快速的工程化熱設計與模擬。

支持多種CAD和EDA數據,能夠在一體化的環境下建立模擬模型、生成網格、求解併後處理、研究模擬結果。可用於從BGA、QFP、LED、IGBT等各種半導體器件到電路板和機箱的全方位熱模擬與設計,具有廣泛的用途。

能夠將熱模擬結果輸出到多維多域機電系統電路與系統模擬設計工具Ansys Twin Builder中,可以模擬系統不同溫度下的工作特性,能夠從電路板和封裝SI/PI/EMI模擬工具Ansys SIwave中讀入直流模擬得到的焦耳熱,作為分佈式熱源,用於整版和系統熱模擬。

ANSYS Electronics Premium Icepak

 

▲ 圖形板的熱流體解析

 

元件溫度一旦變高,半導體元件的劣化就會變得快速,因此造成元件壽命的降低。材料之間產生熱應力容易發生龜裂與疲勞現象,尤其是電子元件的接點溫度一旦變高,元件的故障率就會急遽上升。連接部位極易受到熱膨脹與熱應力造成的影響,造成元件與塑膠材料的熱變形等問題。

 
ANSYS Icepak是ANSYS公司針對3C電子產品領域所推出的電子冷卻散熱分析專家工具。ANSYS Icepak易學易用,設計人員不需要有專業的CFD知識背景,即可針對系統、元件、散熱器、封裝之各種問題特性來建立模型,計算出整體溫度場及流場分佈,並提出設計改善的方針,從而大大縮短設計週期,節省成本。
ANSYS Icepak以著名且使用者最多的ANSYS Fluent為核心求解器,提供完全彈性的建模工具與非結構化網格,可處理複雜的幾何模型。其多重格點功能與分離演算法,使得ANSYS Icepak的計算功能更為強大與快速。而豐富的物理模型,可以模擬自然對流/強制對流/混合對流、熱傳導、熱輻射、層流/紊流、穩態/暫態等流動物理現象。
ANSYS Icepak與ANSYS Workbench完全整合。可與ANSYS HFSS、Q3D與Maxwell高低頻電磁分析模組一同進行電磁熱耦合分析問題。分析出來的溫度分佈亦可與ANSYS結構分析模組整合,進行後續的熱應力、熱應變與熱變形等結構方面的分析。幫助工程師了解產品的物理特性,提升整個產品設計的品質。
 
《ANSYS Icepak Features》
■ 快速地建立模型
ANSYS Icepak內建各種電子產品模型,可快速地建立與進行從封裝、PCB到系統層面的散熱分析。使用滑鼠即可快速地進行選取元件、元件定位與調整元件的尺寸,採用拖拉建模的方式,使模型的建立更快速、簡單,能完全的建立出複雜的幾何外型,以及材料、網格與邊界條件的設定。
 
 
■ ECAD/MCAD工具整合
為了縮短產品研發時程,ANSYS Icepak支援不同的ECAD與MCAD檔案格式。
 
ANSYS Icepak可通過SpaceClaim或DesignModeler導入市場上所有主流MCAD軟體的幾何模型。可輕鬆地取消特徵和簡化模型,更快速有效地建立散熱系統模型。
ANSYS Icepak支援從各種的EDA工具導入ECAD資料,ANSYS  Icepak會根據讀取進來的layout線路自動計算出各局部區域的等效熱傳導係數,提高PCB熱分析的準確度。
 

ANSYS Icepak 可直接讀取EDA工具,如Cadence Allegro、Zuken®、Sigrity®、Synopsis®與Mentor Graphics®的ECAD資料(ODB++,IPC 2581檔案)。也可經由AEDT(ANSYS Electronics Desktop)輸入幾乎所有EDA工具的ECAD原始資料。ANSYS Icepak會根據讀取進來的layout線路自動計算封裝元件或PCB各層不同位置的熱傳導係數,直接分析出非均勻分佈的佈線所造成的溫度分佈。

■ 靈活的自動化網格能力
ANSYS Icepak可自動或手動選擇多種不同的網格種類(HDM、非結構六面體與結構網格),強大的網格演算能力可產生與實際幾何外形一致的高品質網格。非連續網格(non-conformal mesh)技術可大幅減少網格數量、加快計算時間,但可保持分析求解的精準度。靈活的網格設定方式,讓使用者可完全地控制網格參數與網格的部署,而無損分析的精確度。
■ 強大的數值計算能力
ANSYS Icepak使用CFD中最強大、使用者最多的ANSYS Fluent作為熱分析與流體流動的求解器。其多重格點功能與分離演算法,使得ANSYS Icepak的計算功能更為強大與快速。而豐富的物理模型,可以模擬自然對流/強制對流/混合對流、熱傳導、熱輻射、層流/紊流、穩態/暫態等流動物理現象。
 
 
■  與結構分析整合
透過ANSYS Workbench平台,ANSYS Icepak分析出來的溫度與流場結果可輸出給ANSYS結構分析模組,進行後續的熱應力、熱應變與熱變形等結構方面的分析。ANSYS強大的結構分析模組可對線性與非線性、靜態與動態系統提供各樣的結構方面的分析。ANSYS Icepak與結構分析的整合讓使用者可完整預測出電子產品的溫度分佈以及所造成的應力或變形等方面的影響。
 
 
 
■  與電磁分析整合
ANSYS Icepak能夠與SIwave、ANSYS HFSS、Q3D、Maxwell與Apache Sentinel-TI一同進行雙向的電磁熱耦合分析問題。當系統內的溫度受到電磁損失的影響時,會產生相對應的熱源(焦耳熱,joule heating)。ANSYS Icepak可直接從電磁分析中得到體積熱損失和表面損失資訊,這樣的結合可更為精確地預測出元件溫度分佈。