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# Icepak Simulation

溫度分析決定了設計是否可靠，是打樣前必要的分析。本篇以 Icepak 作為分析的主要工具，利用 Icepak 與 Maxwell 做雙向的耦合分析。

Icepak模擬

<figure><img src="https://1691087504-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2FGOeQfkY4YEwpcFVViW8X%2Fuploads%2FEGzdUaWUI4g0x0LGB2Uy%2Fimage.png?alt=media&amp;token=7b285e80-e249-4379-a059-1226248b2d3e" alt=""><figcaption><p>圖2-14</p></figcaption></figure>

[Ansys Icepak](https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-icepak) 是一個用於電子散熱和熱管理設計的仿真軟體。能針對電子元件和系統的熱分析和最佳化提供解決方案。Icepak 的主要特點如下：

1. **電子元件散熱仿真：** Icepak 允許你對電子元件（如微處理器、顯卡、電源供應器等）進行散熱分析，確保它們在操作時能夠保持在安全的溫度範圍內。
2. **流體動力學分析：** 該軟體使用先進的流體動力學技術，模擬空氣或液體在電子設備周圍的流動，以確定溫度分佈和熱量傳遞。
3. **溫度分佈和熱阻分析：** Icepak 可以預測電子系統中的溫度分佈，並評估熱阻，這對於優化元件的配置和散熱解決方案至關重要。
4. **多物理場耦合：** 軟體支援多物理場的耦合，包括結構力學、電磁場、熱傳等，讓使用者能夠綜合考慮不同物理效應對系統的影響。
5. **熱設計最佳化：** Ansys Icepak 允許你進行熱設計的最佳化，以改善系統的性能並確保元件的長壽命。

在使用 Icepak 時，如果使用和 Maxwell 雙向耦合模擬，請將<mark style="background-color:red;">材料特性的溫度修正係數</mark>做設定，例如圖2-14對銀的材料做係數修正，確保雙向耦合的時候，損耗會隨溫度而做修正調整。

<figure><img src="https://1691087504-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2FGOeQfkY4YEwpcFVViW8X%2Fuploads%2Fm53l9PS3y8T3ZJUjjwnL%2Fimage.png?alt=media&amp;token=8c90fb19-d8e5-45be-aa57-75ee438fe0df" alt=""><figcaption><p>圖2-15</p></figcaption></figure>

{% hint style="info" %}
下面列出常用銀和銅的Modifier係數給讀者參考。

Al：if (Temp <=22, 1, 1/(1+0.00429\*(Temp-22)))

Cu： if (Temp <=22, 1, 1/(1+0.0039\*(Temp-22)))
{% endhint %}

在初始的環境溫度建議先調整至預想的環溫，加快損耗與溫度疊代的收斂。

確認材料的溫度調節功能和初始環境溫度設定好後，檢查 Maxwell 的物件溫度中的啟用溫度回饋功能是否有正確開啟。接著利用 Maxwell 的模型，讓 AEDT 進行自動生成 Icepak 模型。如圖2-16，在 Maxwell 上方的 Maxwell 3D 中找到並點選 Create Target Design。

<figure><img src="https://1691087504-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2FGOeQfkY4YEwpcFVViW8X%2Fuploads%2F4SYysy5ro1tOdcvdbfG2%2Fimage.png?alt=media&amp;token=319769ed-7bf5-430f-97ed-c235f0a18cb1" alt=""><figcaption><p>圖2-16</p></figcaption></figure>

由上，生成 Icepak 模型後。我們在Icepak Analysis中找到並加入Add 2- Way Couypling (雙向耦合)的機制，讓 <mark style="color:red;">Icepak 的溫度</mark>和 <mark style="color:purple;">Maxwell 的損耗</mark>相互疊代，增加預估的準確性。在這裡筆者用了兩次疊代，也就是電腦會執行 <mark style="background-color:orange;">Maxwell 損耗計算-> Icepak 溫升計算-> Maxwell 損耗計算-> Icepak 溫升計算</mark> 的流程，考量模擬溫度與材料特性的關係，使模擬更為精準。

<figure><img src="https://1691087504-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2FGOeQfkY4YEwpcFVViW8X%2Fuploads%2F9jJkwLdzHlAXHObweo2d%2Fimage.png?alt=media&amp;token=d54964e7-d6e6-487a-93e2-4eb06efb0eb0" alt=""><figcaption><p>圖2-17</p></figcaption></figure>

在 AEDT ICEPAK 中欲創建 Mesh 區域，在此我們選擇 Global Mesh Settings。在彈出窗口中，如果我們可以選擇自動設定 Mesh，則使用滑動條選擇所需的 Mesh 解析度。如果選擇手動設定 Mesh，請點擊Advanced 標籤並勾選 User Specified 選項。

在 Icepak 中，Maximum Element Size是指在多層次網格中所期望的最小元素尺寸的兩倍乘以 2 的 max levels 次方。這個設定確定了網格細化過程中元素的最大尺寸。例如，如果設定了最大元素尺寸為 5 mm，並且 Max. levels為 2，那麼在網格細化過程中，元素的尺寸將不會超過這個最大值。

Minimum Gap 指的是模型中 X、Y 和 Z 坐標方向上物體之間的最小距離。這個設定影響到幾何形狀和網格的生成。對於幾何形狀，如果兩個幾何之間的間隙小於最小間隙設定的 10%，那麼這個間隙會被關閉，即一個幾何會對齊到另一個相鄰的幾何。在此筆者的設定如圖2-18所示。

<figure><img src="https://1691087504-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2FGOeQfkY4YEwpcFVViW8X%2Fuploads%2F26ivlrUaKEtJkuVgT8So%2Fimage.png?alt=media&amp;token=65fddcdd-fb87-43aa-b610-4917ec1ff0f0" alt=""><figcaption><p>圖2-18</p></figcaption></figure>

{% hint style="info" %}
在Icepak中，<mark style="background-color:red;">**Max. Levels**</mark> 指的是在多層次網格劃分（MLM）中，可能需要達到所需網格細化程度的最大層次數。這是基於曲率/鄰近性來確定的。對於一個給定的粗網格，所需的鄰近性/曲率基於的細化可能在達到最大層次之前就已經實現了。此外，Max. Levels也等於在多層次網格劃分中的切割次數。例如，如果Max. Levels設定為2，這意味著網格將在每個正交方向上切割兩次，以達到更細的網格劃分。

在Icepak的多層次網格劃分（MLM）中，<mark style="background-color:purple;">**Buffer Layers**</mark> 是用來與多層次網格劃分一起使用的。預設值為零，這意味著細化不會傳播到相鄰層。當 Buffer Layers 設定為1或2時，這意味著細化會被傳播到額外的網格層，從而獲得更好的網格質量。
{% endhint %}

如果溫升不如預期，就會需要回到初始設計，更改材料或是增加厚度來降低導電電阻。由此流程能讓開發者利用 Ansys AEDT 平台做一完整的 Power Busbar 優化設計，在開發階段，除了能達到優化設計的主要目的，並能減少樣品製作與縮短測試時程。

<figure><img src="https://1691087504-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2FGOeQfkY4YEwpcFVViW8X%2Fuploads%2F4BzYnwWgU3UNxrB6W2Kz%2Fimage.png?alt=media&amp;token=d8be4833-129c-4bf1-8b89-d8747f2d6066" alt=""><figcaption><p>圖2-19</p></figcaption></figure>

{% hint style="info" %}
此篇介紹驅動器 Busbar 的溫升模擬是用 1m/s 的風冷條件模擬，且並未考量周圍的電容、絕緣片、IGBT、...等零組件，所以模擬較理想。如果要模擬得更為貼近真實，請在模擬時都把散熱條件其他的元件和其溫度及環境效應加入評估考量。
{% endhint %}