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摘要：電子元器件性能的不斷優化，對設備的熱可靠性提出了更高的要求。在此背景下，為了保持設備及其內部器件良好的應用效果，需要加強工程設計中的熱設計仿真分析。且在了解Icepak軟件功能特性及熱設計仿真流程的基礎上，將相應的分析工作落到實處，從而得到所需的熱設計仿真成果?；诖?，本文就工程設計中的熱設計仿真展開論述。

關鍵詞：工程設計；Icepak軟件；熱設計；仿真；電子元器件

對于電子元器件而言，影響其可靠性指標的一個重要因素是元器件的工作溫度。注重工程設計中的熱設計仿真分析，積極開展相應的分析工作，有利于得到理想的熱設計仿真結果，從而為內部器件及設備性能優化提供保障，延長它們的使用壽命。因此，需要對Icepak軟件有著一定的了解，設置好工程設計中的熱設計仿真流程，使得不同電子元器件及設備的潛在應用價值得以不斷提升，給予它們的熱可靠性增強科學保障。

1Icepak軟件簡介

作為一種面向電子產品的熱分析軟件，Icepak軟件在實踐應用中取得了良好的效果，有利于減少電子產品熱設計仿真分析中的計算量，其市場應用前景良好。同時，Icepak軟件在實踐中能夠對封裝級、系統級等不同類型的問題進行分析與處理，確保電子產品熱分析有效性。除此之外，Icepak軟件還具備了以下技術特點：（1）建立模型速度快，能夠借助既有模型庫的應用優勢，對不同幾何模型電子產品所要求解的問題進行快速處理，增強問題處理中模型的實踐應用效果；（2）該軟件具有良好的自動化非結構網絡生成能力，有利于提高電子產品模型精度，并減少相應的網格數量，確保實踐中的計算工作高效性；（3）Icepak軟件應用的模型構建適用性良好，有利于實現應用價值大的熱輻射模型構建，從而解決電子元器件相關的穩態、瞬態等問題。同時，在其強大的解算及可視化后置處理功能的支持下，有利于得到理想的熱分析仿真結果。因此，在工程設計中進行熱分析仿真研究時，應重視Icepak軟件的使用。

2熱設計仿真流程

2.1提出問題。某種設備在實踐應用中為了滿足生產計劃實施的要求，會在其內部安裝多個大功率器件。由于這些內部器件的集成化程度較高，可能會產生較為明顯的發熱問題。因此，需要重視設備熱設計方式的合理性，確保設備及內部器件能夠在高溫條件下正常工作，并實現對設備加工成本的科學控制。同時，在設備內部器件設計的過程中，需要對器件的尺寸、規格進行考量，并了解該設備內部在工作過程中電源、功放及濾波器的發熱情況，使所需的熱設計仿真工作開展更具針對性，全面提升工程設計工作水平。2.2建立模型。在Icepak軟件的支持下，對設備中的內部器件熱可靠性進行綜合評估時，需要建立相應的模型。在其模型建立的過程中，應做到：（1）將自然冷卻方式視為設備內部器件的散熱方式，進而開展電子元器件所需的熱設計工作，確定其設計過程中的散熱方案。（2）將大面積翅片散熱器安裝在設備機箱外側底面，即功放底盤的底部；在電源底部設置性能可靠的翅片散熱器，并根據設備的實際情況，確定散熱器的尺寸規格；在此期間，需要借助Icepak軟件的優勢，用其模型庫中所包含的各種命令，如cabinet/wall/block/等，實現計算域/機箱/電源等器件的尺寸規格設置，確保相應模型建立的有效性。（3）將熱源加在電源及功放中，并結合濾波器的耗熱、散熱情況，實現模型簡化處理，同時加快計算速度，為后續熱分析仿真處理工作的順利開展打下堅實的基礎。此外，為了縮短模型應用時的計算時間，需要注重Icepak軟件作用下計算域cabinet的合理設定，以增強模型的實踐應用效果。實踐中翅片散熱器加入前的Icepak模型示意圖如圖1所示。2.3加載初始與邊界條件。當模型建立工作完成后，需要在與之相關的參數面板中加載初始與邊界條件。這些條件包括：（1）氣流的選擇，包括穩態和紊流。穩態即流體達到熱平衡的狀態，Icepak模型為一種穩態模型。流體自然對流有兩種不同的流態，即層流和紊流，通常選擇紊流邊界條件，在隨后的計算中，會驗證和校正此條件。（2）將空氣視為流體，并選用性能可靠的機箱材料，充分考慮熱輻射、重力對設備及內部器件性能的影響。（3）結合實際情況，設置好相應的溫度，即設備正常工作時的最高環境溫度。同時，應考慮電源、功放耗散熱大小，根據器件說明書獲得相應的數據。2.4生成網絡。由于模型中無特殊形狀（如曲面等），直接建立結構化網格即可。一般情況下，軟件會根據模型尺寸給出最大網格尺寸，并在此基礎上，對功放、電源、散熱器這些關鍵部位做細化網格（Nomal命令）處理，以提高求解精度。設置完成后，應注重生成網絡命令的執行，并通過軟件的提示作用，確定熱分析仿真過程中所生成的網格數量。在此期間，若軟件中的網格數量較大，則會加大后期的計算量，影響計算效率的同時難以保證器件熱分析過程中的計算精度。針對這種情況，需要將“assembly”加入到電源、功放熱分析的過程中，并采用結構化非連續方式進行有效設置，從而達到網格數目減少的目的。實踐中若能將這些舉措實施到位，則有利于生成網絡，滿足器件熱分析仿真處理要求。2.5計算結果。通過有效利用Icepak軟件，采用迭代法進行計算，可在計算機網絡三維空間中獲取模型參差曲線，結合該曲線的收斂情況，可獲得相應的計算結果。實踐中進行工程設計時，需要根據設備中不同器件的實際情況，對它們進行熱分析仿真處理，得到所需的計算結果。同時，該熱分析軟件在應用中可在視圖形式下輸出器件的熱分析結果，并在可視化與后處理功能的支持下，得到器件及設備相應的溫度分布云圖及風速圖，進而了解器件及機箱內的溫度分布及空氣流動情況。在具體分析的過程中，若電源、濾波器、功放的溫度未能達到相應的指標要求，則需要制定出改進方案，對散熱器翅片尺寸進行合理設置，必要時可在設備機箱內加設風扇。當軟件作用下模型分析計算中的參差曲線收斂后，為了得到所需的計算結果，則需要將此時的器件溫度分布云圖、風速切面圖提取出來，觀察設備中各元器件的最高溫度是否處于指標要求范圍內，從而增強改進方案適用性，并提升計算結果的潛在應用價值。除此之外，相關人員需要在器件分析仿真計算結果的支持下，對工程設計方案是否合理進行科學評估，確保該方案在實踐應用中能夠達到預期效果。在提升熱分析軟件實踐應用水平的基礎上，滿足電子元器件性能優化的要求。當器件熱分析仿真計算結果得到充分利用后，則有利于提高器件發熱問題處理效率，確保其運行工況良好性，提升工程設計水平。

3結論

現階段，在電子元器件應用范圍不斷擴大的過程中，與之相關的內部器件發熱問題能否得到科學處理，關系著設備的實踐應用效果及使用年限。因此，需要在工程設計中加強熱分析軟件的使用，并確定相應的熱設計仿真流程，使得設備性能可靠性得以增強，最大限度地滿足相關生產計劃的實施要求。與此同時，應對工程設計中的熱設計仿真效果進行科學評估，以便實現對熱分析軟件的高效利用，并優化設備熱設計仿真分析方面的工作方式。

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作者:金偉龍 單位:中電科天之星激光技術（上海）有限公司