如何利用ICEPAK进行热仿真分析,简单易学
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微型化、多密度和高功率是当今电子设备的主流发展趋势,集成芯片更是这一发展趋势的典型代表。集成芯片应用领域众多,诸如手机、电脑、PAD等常见电子设备更是离不开芯片,但是芯片的设计与制造并非易事,芯片设计过程要考虑的问题众多,散热设计就是不得不面对的问题,如果不能有效解决芯片散热问题,设计出来的芯片能分分钟让你的手机变成暖手宝。
笔者从事过一段时间的芯片散热结构设计,针对芯片散热问题,常用的方法是借助热仿真软件进行仿真计算。下面就简单介绍下如何利用热仿真软件ICEPAK进行集成芯片的散热分析。
案例以集成了众多芯片的上下两层PCB板结构为例,下层PCB板称为载板,上层PCB板称为子板,载板和子板上各有一片重点温控芯片,记名为FPGA_zaiban和FPGA_ziban。
仿真计算模型
建模分析步骤如下:
1.利用Cabinet建立流场计算区域(不等同于壳体结构尺寸),在Geometry选项卡内设置流场计算域的大小。
流场计算域建立
2.利用Model→Create Object→Blocks/Printed Circuit Boards功能建立PCB板和芯片模型,并在Geometry和Properties选项卡内赋予每个模块对应的尺寸参数和热力学属性。
PCB板及芯片建模
3.利用Model→Create Object→Enclosure功能流场包围区域,即实物的壳体尺寸边界。并在Geometry选项卡下设置尺寸参数,在Properties选项卡下设置边界参数。
物理边界赋值
4.利用Model→Create Object→Heat sinks功能建立翅片式散热器结构,并在Geometry选型卡下设置散热器整体尺寸参数,在Properties选项卡下设置散热器的翅片厚度和翅片间距等特性参数。
翅片式散热器结构建模
5.利用Model→Create Object→Grille功能创建出风口模型,并在Geometry选项卡下设置尺寸参数,在Properties选项卡下设置开孔率和风速流向等参数。
出风口建模
6. Model→Create Object→Fans功能建立风机模型,并在Geometry选项卡下设置风机尺寸参数,在Properties选项卡下设置Fan type(风机类型)、Flow direction(流向)和Flow type(风机特性)等参数。
风机建模
9.利用Mesh Control功能进行网格划分。
网格划分
10.在左侧Problem setup菜单下Basic parameters选项卡设置湍流方程和环境温度等参数,在Solution settings菜单下的Basic settings、Parallel settings等选项卡下设置迭代次数、并行运算等参数。
计算初始参数设置
11.运行Solve→Run solution模块进行求解计算,经迭代计算至收敛为止,得出系统内部温升分布。
系统温升分布图
根据仿真结果,系统内部最高温升为82.03℃,远低于案例中芯片设计的最高耐热温度120℃的要求。通过分析可以确认芯片散热设计符合要求,且热设计余量较大,下一章将据此进一步阐述如何利用ICEPAK对散热器结构进行优化分析,进而辅助设计最优参数的散热器结构,敬请关注。
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