ANSYSHFSS與Icepak電熱耦合仿真與計(jì)算

1、AN SYS HFSS與Icepak電熱耦合仿真與計(jì)算隨著通信產(chǎn)品小型化、高密化的發(fā)展趨勢，越來越多的射頻系統(tǒng)以模塊化的產(chǎn)品形態(tài)出 現(xiàn)，而高頻性能、熱性能以及結(jié)構(gòu)性能感寸頻模塊的重要衡量指標(biāo)；ANSYS射頻模塊多物 理場仿真方案可以協(xié)同考慮電磁、熱、結(jié)構(gòu)之間的相互效應(yīng)和影響,為射頻模塊設(shè)計(jì)提供一 體化仿真方案。本文主要介紹ANSYS HFSS與kepak軟件進(jìn)行電磁一熱流的耦合仿真。在HFSS中計(jì)算的金屬層模型表面損耗和介質(zhì)層慢型的體積簸作為熱源，導(dǎo)入Icepak 中進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷的計(jì)算，使用HFSS與Icepak進(jìn)行電熱單向耦合計(jì)算的流程如圖所示:HFSS Design 2UW Geometr

2、y J /Icepak1、ANSYS HFSS的設(shè)置與計(jì)算首先使用HFSS對模型進(jìn)行材料、邊界和®勵(lì)條，牛以及求解條(糧)設(shè)置，計(jì)算金屬層模 型表面損耗和介質(zhì)層模型的體積損耗，作為Icepak的熱源。休積功率的損耗,包括具有線 性材料特性的物體的歐姆損耗、電介質(zhì)損耗及磁損耗(需要到物體內(nèi)部進(jìn)行求解),其表達(dá) 式為Pv = ,Re(Er+ j3BH)表面功率損耗是由所有外在的及內(nèi)在的表面阻抗邊界條件所引起的，其表達(dá)式為Ps = ：Re(ExH,)外在的表面阻抗邊界條件包括有限導(dǎo)體邊界條件、阻抗邊界條件、層間阻抗邊界條件、集總 RLC邊界條件、不對內(nèi)部求解的導(dǎo)體。電磁計(jì)算后可以通i寸結(jié)果

3、后攵卜理查看金屬層與介質(zhì)層的損拜分布，通過場計(jì)算器，可 以計(jì)算總的損耗值。C'PointAUnoAll。匕 jQdacdi ?!= ctrc<vSuggGlobeJXr- QlobaJ:XZVolumeGlob<U:VZQccOlonolCoordMicro uttip_roiGo poniPOt1ZAeloSvcCSI XVRelaivoCS1:X2 RelaWCSI :VZV*c水1CancelGeometryXsi5ieq GMZSdU3l LaMAWve5Huh ListAOaptlvePhosc-Odcq,Phasc-Xtocg'14 0000000697

4、7740 2419002、Designmodeler的設(shè)置與更新只有通過ANSYS Workbench平臺(tái)才可以進(jìn)行HFSS與Icepak進(jìn)行耦合仿真，將HFSS中的模型導(dǎo)入Geometry中 通過Designmodele對模型進(jìn)行處理 轉(zhuǎn)化為Icepak可以接受的格式。一 ” "一3、ANSYS Icepak的設(shè)置與計(jì)算O器:H ifB f JD 一“、5.> 二 ：6)在Workbench平臺(tái)下，IB HFSS中的模型和求解的損耗結(jié)果導(dǎo)入kepak中，設(shè)置計(jì) 算區(qū)域,風(fēng)冷的方式與風(fēng)速，模型材料,然后進(jìn)行網(wǎng)格的劃分,最后進(jìn)行求解。在求解過程中可實(shí)時(shí)查看殘差曲線及監(jiān)控點(diǎn)曲線，在

5、結(jié)果的后處理中可以顯示切面的溫 度云圖,溫度的不均勻主要是由于轆的不均勻引起的。在Summary report的界面下， 可以統(tǒng)計(jì)器件的損耗值，比較HFSS與kepak計(jì)算的瞬數(shù)值，二者相同足以說明,通過 ANSYS Workbench平臺(tái)可以使用HFSS與kepak進(jìn)行電磁-熱流的精確耦合模擬計(jì)算。B: 乂f 2.IHt%VIVM10 113 72 20tM>*6網(wǎng) CtM)6611“%涉 5刖417774；Wl，如3)HlReport summary dataObjectSectionSidesValueTotalArea/volumeMeshSubstrateAlAllHeat f

6、low (W)0.2419020.00415973 m2Full0 uteriNAllHeat flow (W)0.6972660.000350209 m2Ful如果進(jìn)行HFSS與kepak的雙向耦合計(jì)算，需要在HFSS中將模型的材料設(shè)置為溫度 的函數(shù)。A View / Edit Materialdot&ricl Nom8 copperNameTypeValuelintsIherrralMo liiierRelative PemnhivkySinpte1NeneRelative PcimcobditySimpleC 999991NoneBulk ConductivitySirrplcE

7、8O3COO3ticncno/mNcno1NseDieleclric Loss T argentSimple0Edt.Macnrtin Loss T 加 pantSirnlF0Urne1h/ameticSatuatonSrote0tesaNoneLande G FactcrSrrpte2NenerLA_BtrnetaaJoneRopertes of the MaterialView/Edit Material for( Active DocignC Active ProjectI aii Kooenii $Physics匠 Flpr*rcrrAgnPtrp ThermalSetFiequenc

8、yDmictmcy. | |。8以尼妃 ProQerties tor:Vq idate MateiialResetKCan淚Edit Thermal ModifierXExpression ( QuadraticBasic Coefficient Set Advanced Coefficient SetTemperature-Dependent Bulk Conductivity:PfTemp) = Pref 1 + ClfTemp TempRef) t C2(Temp -TempRef) A 2Reference Bulk Conductivity:Pref - 58OOOOOOsiemen

9、s/mParametersC2:p1/KA2Use Default確定取消 I在Icepak中勾選溫度反饋選項(xiàng)，在Workbench平臺(tái)下耦合仿真。WMgKtt ihwr r oue二PaA82 0 c«wey,2 03 |K Setup 14 % 3.rdQadateZofionM1 &Ad11 XOMOXUlOXCOlw ：CrP Yev<MttM< wbo.Ae«f | $ RM | " Uned |。H«O |:設(shè)置溫度反饋，進(jìn)行電熱雙向 C1J .3 2 5aMi / .(3 0 ScMtor ,1 IIcepsk 8 Fc«2>3aJt0»»* 1下圖為電磁-熱流雙向耦合的流程圖cHFSSGeometry翅I Setup ，Geometry4 0 Solutor /HFSS Design曲普科技sun& IcepakW Sdubon 士 /IcepakFeedback Iterator本文主要是使用ANSYS H