1.1 ANSYS Icepak概述及工程應用

ANSYS公司是世界著名的CAE供應商，經過40多年的發展，已經成為全球數值仿真技術及軟件開發的領導者和革新者，其產品包含電磁、流體、結構動力學3大產品體系，可以涵蓋電磁領域、流體領域、結構動力學領域的數值模擬計算，其各類軟件不是單一的CAE仿真產品，而是集成于ANSYS Workbench平臺下，各模塊之間可以互相耦合模擬、傳遞數據。因此，使用ANSYS數值模擬軟件，用戶可以將電子產品所處的多物理場進行耦合模擬，真實反映產品的EMC分布、熱流特性、結構動力學特性等。目前，ANSYS系列軟件被廣泛應用于各類電子產品的研發流程中，在很大程度上提高了產品的研發進程。

Icepak軟件（版本4.4.8）于2006年被ANSYS收購，并入旗下，隨之ANSYS公司開發了與Icepak相關的各類CAD、EDA接口，當前最新的版本是ANSYS Icepak 18.1。本書基于ANSYS Icepak 18.1進行介紹，與之前的各個版本相比，此版本在很多方面做了較大改進。

ANSYS Icepak 18.1是ANSYS系列軟件中針對電子行業的散熱仿真優化分析軟件，目前在全球擁有較高的市場占有率，電子行業涉及的散熱、流體等相關工程問題，均可使用ANSYS Icepak進行模擬計算，如強迫風冷、自然冷卻、PCB各向異性導熱率計算、熱管數值模擬、TEC制冷、液冷模擬、太陽熱輻射、電子產品恒溫控制計算等工程問題。

ANSYS Icepak 18.1與主流的三維CAD軟件（Catia、Autodesk Inventor、Pro/Engineer、Solid-works、Solid Edge、Unigraphics等）具有良好的接口，同時，Icepak可以將主流的EDA軟件（Cadence、Mentor、Zuken＜CR5000＞、Altium Designer、Sigrity）輸出的IDF模型及PCB板的布線過孔文件導入Icepak進行模擬計算；與此同時，ANSYS Icepak具有豐富的物理模型，其使用ANSYS Fluent作為求解器，具有魯棒性好、計算精度高等優點。目前，ANSYS Icepak在我國航空航天、機車牽引、消費性電子產品、醫療器械、電力電子、電氣、半導體等行業有著廣泛的應用，如圖1-1所示。

例如，航空航天方面的應用包括：

（1）機載電子控制機箱熱分析。

（2）PCB單板散熱分析。

（3）衛星控制系統熱分析。

（4）雷達控制系統熱分析。

（5）芯片散熱分析等方面的模擬分析。

（6）與ANSYS電磁軟件進行電磁—熱流耦合模擬。

（7）與ANSYS結構動力學軟件進行熱流—結構力學的耦合模擬。

ANSYS Icepak在電子散熱仿真及優化方面主要有以下特征：

（1）基于對象的自建模方式，快速便捷建立熱模型。

（2）豐富多樣的電子器件庫并支持用戶自定義庫。

（3）快速穩定的求解計算。

（4）自動優秀的網格技術。

（5）與CAD軟件/EDA軟件有良好的數據接口。

（6）與電磁/結構動力學軟件可以進行多場耦合模擬。

（7）豐富多樣化的后處理功能等。

另外，ANSYS Icepak能夠仿真的物理模型主要包含以下幾方面：

（1）強迫對流、自然對流模型。

（2）混合對流模型。

（3）PCB Trace及導體的焦耳熱計算。

（4）熱傳導模型、流體與固體的耦合傳熱模型。

（5）豐富的輻射模型（半立方體法、自適應模型、Discrete Ordinates模型、Ray Tracing模型）。

（6）PCB各向異性導熱率計算。

（7）穩態及瞬態問題求解。

（8）多流體介質問題。

（9）風機非線性P Q曲線的輸入。

（10）IC的雙熱阻網絡模型。

（11）太陽輻射模型。

（12）TEC制冷模型。

（13）模擬軸流風機葉片旋轉的MRF功能。

（14）電子產品恒溫控制計算。

（15）模擬電子產品所處的高海拔環境等。