Icepak软件在电子设备热设计中的应用

[摘 要]本文主要介绍了利用Icepak软件对电子设备进行热设计的方法。并通过对某一型号设备的热仿真分析及温度场模拟，为大功率电子设备及散热器的选型提供了设计依据。

[关键词]Icepak软件；设备

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0212-01

自从1948年半导体器件问世以来，随着电子元器件的小型化、微小型化和集成技术的不断发展，其设备的组装密度和功率密度也在迅速提高。集成电路的热流密度由上世纪80年代的约10W/cm2，上升至目前芯片级的热流密度为100～300W/cm2。

电子元器件热流密度的越来越高导致了其温度的不断上升，从而引起了电子设备故障越来越多。据统计超过55%的电子设备失效是由于散热问题引起的。而在电子设计行业一般都参考“10℃法则”，即当组件温度每升高10℃时，其失效率往往会有一个数量级的增加。因此做好电子设备的热设计对提高产品的可靠性具有重大的意义。

1.电子设备热设计的步骤和方法

随着热设计仿真分析软件在国内的不断推广与使用，设计人员可以在产品开发的前期就初步确定热设计方案，然后对整个方案进行分析。热设计仿真软件可以快速准确的生成系统热分析的结果，为设计人员提供诸如风扇的选型、风道的设计、热源的布局、系统的优化等等的参考依据。现在我们仅仅花费几个小时的时间，就可以得到复杂系统的热分析结果。这与过去传统热设计需花费数天甚至数周的时间相比，无疑是一个巨大的进步。

Icepak是美国Fluent公司开发基于计算流体动力学（CFD）和有限体积法的专业电子设备热分析仿真软件。它广泛的应用于通讯、汽车及航空电子设备等领域。由于采用了统一的集成化界面，用户可以在较短的时间里将该软件应用到实际的设计分析中。

Icepak软件具有以下特点：

*可以分析各种流体状态，如自然对流、强迫对流、混合对流、层流、湍流等。也可以进行热传导、热辐射的分析。

*可以分别对封装级（元器件级别）、组件级（电子模块、散热器、PCB板等）、系统级（电子设备机箱等）进行热分析。

*具有强大的自动网格划分功能，可以划分连续非结构网格、结构网格、非连续非结构网格。

*具有Zoom-in功能，可以对模型进行局部放大，然后详细建模分析。

*具有强大的后处理功能，可运用图表显示的方式来查看结果。

2.电子设备热设计实例

以某电子设备为例，热设计要求为：设备在50℃的环境温度下，芯片的最高温度不超过85℃。在设备内部有一个封闭模块的印制板上主要分布有5个芯片，每个芯片的热损耗功率均为3W。由于发热芯片都集中在一个很小的密封空间里，发热量也比较大（共15W），简单的加装针形散热块，依靠自然对流来散热的方法是行不通的。因此我们在设备后面板加装一个轴流风扇，对设备进行强迫风冷（如图1所示）。

用Icepak对设备进行热分析和温度场模拟，以确定散热块及热设计方案是否满足设计。

通过Icepak软件仿真，我们可以发现在50℃的环境温度下，芯片的最高温度为81.3℃（如图2所示），满足设计要求。

整机的温度场分布如图3所示：

3.小结

利用Icepak提供的强大的传热计算功能，可以方便的模拟出不同几何形状、不同散热介质、不同散热条件下的电子设备的内部温度场， 从而可以快速的验证设计方案是否可行， 并判断所选的大功率器件、散热器及散热方式否能满足设计目标， 便于问题分析解决及重新设计

参考文献

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