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CFMICEPAK的分析流程Peclet 數(shù)網(wǎng)格Peclet數(shù)注意opening和風扇的邊界條件設(shè)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(nèi)側(cè)（inner ）和外側(cè)（Outside）是如何定義的?Enclosure內(nèi)部是否有網(wǎng)格，內(nèi)部是如何定義和處理的？PCBfe的定義(Rack/Board/HeatDissipation/TraceLayersHeatSink 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“ holl

2、ow ”的 Block 內(nèi)部沒有網(wǎng)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(nèi)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(shè)置嵌套 assembly 的使用方法算例六：協(xié)調(diào)網(wǎng)格/非協(xié)調(diào)網(wǎng)格對比ICEPAK的默認參數(shù)設(shè)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(wǎng)格劃分建立 Assembly 實現(xiàn)非連續(xù)網(wǎng)格劃分時需要注意掩膜板劃分網(wǎng)格需要注

3、意接觸熱阻和薄導熱板的差別是什么?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)建方法注意多種批處理的設(shè)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(guān)）多種散熱器對比可以在一個case 中通過切換開關(guān)來實現(xiàn)一個 case 計算多種散熱器模型不需要預先生成網(wǎng)格本算例的opening 邊界沒有設(shè)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I(lǐng)CEPAK的優(yōu)化參數(shù)(optimization ) ?優(yōu)化計算的基本步驟算例H一 ： ICEPAK的輻射模型自然對流最好

4、給定非零速度的初始條件：輻射模型一：S2s模型輻射模型二：DO模型三種計算結(jié)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(shè)置的ZoomIn 區(qū)域和系統(tǒng)中的實體（object ）相交時關(guān)于Zoomin的詳細分析直接詳細計算和通過Zoomin詳細計算的結(jié)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：CADI入功能CADR何面導入成ICEPAK實體（object ）的方法Mento

5、r 輸出文件格式Mesher HD 網(wǎng)格如何查詢網(wǎng)格數(shù)量和質(zhì)量？如何并行計算？如何重啟動計算？算例十六：PC楸的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)？ICEPA提如何根據(jù)導入的trace計算熱導率的？PC睢體不能兼容非連續(xù)網(wǎng)格PC睢體和Block實體有什么區(qū)別？IDF 導入的模型劃分網(wǎng)格出錯：算例十七：Trace 焦耳熱給定局部關(guān)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(shè)置和結(jié)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

6、度差別很大？算例十九：多級網(wǎng)格定義 assembly 時需要注意注意多級網(wǎng)格的用途和用法算例二十：BGA寸裝的Trace導入注意導入BGA中trace的方法計算封裝內(nèi)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H一： 30所ICEM題目如何在ICEPAK中實現(xiàn)模擬？經(jīng)驗技巧總結(jié)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(guān)于 IDF 文件的說明1.1 DF 中間格式如何導入Pro/E5 .關(guān)于常用EDA軟件的介紹6 .PADS和Protel文件格式互轉(zhuǎn)7 .Prote

7、l 的數(shù)據(jù)輸入給ICEPAK勺方法算例一：翅片散熱流量單位CFM：CFM一種流量單位cubic feet per minute立方英尺每分鐘1CFM=28.3185 L/MINICEPAK勺分析流程：建模模型檢查劃分網(wǎng)格網(wǎng)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/ 民其中V為特征速度,L為特征長度，a為特征擴散系數(shù)。網(wǎng)格 Peclet 數(shù)：1976年Roache提出，網(wǎng)格或單元Peclet數(shù)可以用

8、來度量某點處 小的對流和擴散的強度比例。網(wǎng)格Peclet 數(shù)定義為隨著Pe數(shù)的增大，小 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，小 在各個方向的擴散量一樣。而對流是有方向性的，輸運特征或小的分布呈橢圓形狀。當 Pex時，小的輸運中幾乎沒有擴散，全部都是對流。小在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點處的小值幾乎對P點處小的分布沒有影響。因此網(wǎng)格 Peclet數(shù)越大，上游節(jié)點 小值對下游節(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

9、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，計算的收斂性和精度都較差。為什么這里有個標準一一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(shè)置：第一：當風扇是送風時，風扇和opening 邊界條件的設(shè)置：風扇類型設(shè)置為“intake ”；Opening 只設(shè)置溫度邊界條件即可（默認設(shè)置，沒有測

10、試其他選項）。第二：當風扇是抽風時，風扇和opening 邊界條件的設(shè)置：測試發(fā)現(xiàn)：當風扇類型設(shè)置為“exhaust ”時，計算結(jié)果速度場始終為零，得不到正確的計算結(jié)果。這種情況發(fā)生時，只需要把初始條件中的速度場設(shè)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(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的射頻信號功率很小，需要經(jīng)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。

11、射頻功率放大器是發(fā)送設(shè)備的重要組成部分。射頻功率放大器的主要技術(shù)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，以避免對其他頻道產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)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

12、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(diào)諧回路作為負載諧振功率放大。由于調(diào)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(guān)狀態(tài)的?。?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)

13、別：答： Encosure 的實質(zhì)就是由六個Plate 的板拼成的。內(nèi)部封閉空間就是流體區(qū)域，所以也會劃分網(wǎng)格。Plate 的優(yōu)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(cè)面的輻射，而Block 則要計算6 個側(cè)面的輻射。Wall 的內(nèi)側(cè)（inner ）和外側(cè)（Outside） 是如何定義的？Enclosure 內(nèi)部是否有網(wǎng)格，內(nèi)部是如何定義和處理的？答： enclosure 內(nèi)部是有網(wǎng)格的。內(nèi)部定義成流體區(qū)域。PCB板的定義（Rack/Board/HeatDissipation/TraceLayers ）:的含義分別是什么?Rack/Board/He

14、atDissipation/TraceLayers答：其中Rack的功能就是為了方便建立多個PCBK,用copy命令可以達到同樣的目的。HeatSink 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(guān)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(jié)構(gòu)，第二種是用于鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)。類型為“ hollow ”的 Block 內(nèi)部沒有網(wǎng)格：一旦 Block 定義為

15、“ hollow ” , 則 Block 內(nèi)部是不會劃分網(wǎng)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(nèi)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，

16、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的應用:各向異性導熱的設(shè)置： 嵌套 assembly 的使用方法：可用于多重非連續(xù)網(wǎng)格！算例六：協(xié)調(diào)網(wǎng)格/非協(xié)調(diào)網(wǎng)格對比ICEPAK的默認參數(shù)設(shè)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(wǎng)格劃分建立 Assembly 實現(xiàn)非連續(xù)網(wǎng)格劃分時需要注意：設(shè)置 Assembly 的 slack 時，不要把非連續(xù)網(wǎng)格界面放在Assembly 和

17、其它器件相接觸的位置，如下圖示：掩膜板劃分網(wǎng)格需要注意：如下圖，當對“Plate ”使用類型“conducting thin ”劃分網(wǎng)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差別是什么？“ 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(nèi)穿件若干個opening!注意多種批處理

18、的設(shè)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(guān)）多種散熱器對比可以在一個case 中通過切換開關(guān)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 Inactive ”；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

19、需要預先生成網(wǎng)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(wǎng)格。不過最好把散熱器作為一個Assembly, 以便應用Non-conformal 網(wǎng)格。本算例的opening 邊界沒有設(shè)置壓力邊界條件：當外邊界不設(shè)置壓力邊界條件時，軟件內(nèi)部是如何處理壓力邊界條件的？計算結(jié)果顯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

20、在材料庫里面。如何才能激活I(lǐng)CEPAK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(shè)計變量。優(yōu)化計算的基本步驟：第一步：定義設(shè)計變量，并給定設(shè)計變量的初始值；第二步：定義設(shè)計變量的約束條件（包括設(shè)計變量的上下限，目標變量的約束等，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(wǎng)格；第四步：提交求解。算例H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

21、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“Model» Radiation ”中計算角系數(shù)。（注：不要激活DO輻射模型選項）輻射模型二：DOf型激活DO輻射模型選項，不需要計算角系數(shù)。三種計算結(jié)果對比：結(jié)論：一般輻射模型強烈推薦使用S2s模型；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DOS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

22、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(nèi)就不需要劃分網(wǎng)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(shè)置的ZoomIn 區(qū)域和系統(tǒng)中的實體（object ）相交時：通過“ Resize”，被求交的實體會適應ZoomIn 區(qū)域， ZoomIn 本身的區(qū)域不變。關(guān)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(nèi)部原

23、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(jié)果（軟件已經(jīng)自動把系統(tǒng)級的計算結(jié)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(jié)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：CAg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(wǎng)格： 如何查詢網(wǎng)格數(shù)量和質(zhì)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 Cadenc

24、e/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：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 PCBfe本身材料的導熱率為(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&本身的材料導熱率還低？KX=(0.35,43

25、.7),KY=(0.35,42.5),KZ=(0.35,0.56)!PCB實體不能兼容非連續(xù)網(wǎng)格:如果實體是PCB板類型，則不能使用非連續(xù)網(wǎng)格；但可以用Block來代替PCB板,這樣就可以使用非連續(xù)網(wǎng)格。PCB實體和Block實體有什么區(qū)別？IDF 導入的模型劃分網(wǎng)格出錯：算例十七：Trace 焦耳熱給定局部關(guān)心的Trace 焦耳熱：通過過濾器，選擇 Trace,然后設(shè)定其電流，ICEPAK軟件會基于給定的電流計算 其發(fā)熱功率，進而精確的分析PCB&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

26、意封裝庫的選擇和使用： 注意 network 類型的 Block 的設(shè)置和結(jié)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(wǎng)格定義 assembly 時需要注意：注意“ external assembly ”和“ internal assembly ”的區(qū)別在哪里 ?注意多級網(wǎng)格的用途和用法：當想更好的捕捉幾何

27、形狀，而在空間區(qū)域又不想劃分太密網(wǎng)格時，考慮使用多級網(wǎng)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：BGAM裝的Trace導入注意導入BGA中trace的方法：計算封裝內(nèi)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H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(zhuǎn)化到ICEPAK第一：左/右/上三個側(cè)面的散熱側(cè)片在ICEPAK中，如彳處理cabinet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

28、 Plate來實現(xiàn)？還是通過“ CAD Datsi"（用 CAD surface ）直接轉(zhuǎn)換？經(jīng)驗技巧總結(jié)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：EDAt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(zhuǎn)為pads 文件 , 然后在 pads 里面另存就可以得到emn,emp 文件了，網(wǎng)上多的很的將protel 文件轉(zhuǎn)為pads

29、文件的轉(zhuǎn)換器。有網(wǎng)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(nèi)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言息（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；bdf和ldf也是一種中間格

30、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(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，當PCB&的法向?qū)崧蔬h低于切向?qū)崧实膯栴}，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?qū)崧识急容^大） 時，就會出現(xiàn)上述問題。3. 關(guān)于 IDF 文件的說明Mentor可以生成IDF的CAD1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“