icepak与static structural耦合实现PCB热应力仿真的心路历程

概述

本文将以近期亲历的一款电子产品的失败案例为基础，阐述如何使用冰川派集和ANSYS平台解决PCB（印刷电路板）高温下的热应力问题，并实现热应力耦合仿真。该问题反映出，在电子产品设计初期，有效的模拟模型与复杂的热力耦合设计之间的障碍。在寻求优化结构设计以防止高温失效的过程中，从初步的以ANSYS和Flotherm进行的分离仿真尝试受到的技术挑战，到最终采用ANSYS自身集成的Icepak结合静动结构仿真工具解决热效能问题，本文将深入解析这一过程的技术要点与创新实践。

原因分析与挑战聚焦

中科创达团队在进行电子产品设计时，遇到了严重的板级高温问题导致产品失效。尽管团队拥有充裕的汽车电子领域结构和散热设计经验，但在实现ANSYS与热仿真工具Flotherm之间的精细耦合方面，面临技术难题。受限于于当时的仿真流程与软件兼容性，没有成功构建串联化的热力分析与结构应力评估系统。

目标设定与创新路径

鉴于项目未能按预期路径推进，将注意力转向了更直接且易于集成的路径，聚焦于在ANSYS系统内实现更高效率的热固耦合仿真。这一改变首先重点放在了掌握Icepak的板级仿真能力上，完成了特定软件版本如经典版（非AEDT）的基本操作，通过将PCB轨迹线进行拓扑化映射至板级上，较为高效且便利地完成了初步热分布模拟。

技术难关与对策

测试的关键挑战在于如何将PCB设计导入传统的、旨在进行结构静动分析的模块中，进而实现热应力的经典耦合仿真。关键步骤集中在正确导出基于\技术的ODB++（开放式数据库连接）文件，确保数据格式的兼容性与一致性，作为桥梁将热仿真数据顺利导入静态分析中。




实现路径与成果展示

经过多轮探索与实验，开发了正确的设置参数以确保从Icepak导出至ODB++的文件能够正确地被静动结构仿真模块识别和利用。最终，在ANSYS系统内部实现了从前端热仿真到后端结构仿真的一体化流程，完成了一款代表性的PCB热固耦合仿真实验。