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本文始於2021，介紹如何做Q3D-Icepak電熱雙向耦合模擬，並比對與SIwave-Icepak結果的一致性。
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Q3D Settings
2.1 DC RL Setup
2.2 Thermal Modifier
2.3 Enable Feedback
2.4 Run Analysis
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Icepak Settings (Steady State)
3.2 Copy design and check the property of materials
3.4 Add Open
3.6 Add Thermal Link from Q3D DC loss
3.7 Add Monitor
3.8 Add Setup
3.9 Run One way
3.10 Plot Result
3.11 Run Two way coupling
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問題與討論Q&A
4.1 SIwave-Icepak有Thermal modifier設定溫度係數嗎?
4.2 如何得到其他導體的溫度係數?介電係數會隨溫度變化嗎?
4.3 有沒有其他針對求解時間/網格品質(準度)取捨的設定手法?
4.4 對於新手，AEDT Icepak有沒有不同使用場景的求解默認設定選項?
4.5 步驟3.5中，元件的熱源可以設定[Source]或[Block]，兩者有何差別?
4.6 Q3D-Icepak與SIwave-Icepak這兩種手法模擬的溫度差異，起因為何?
4.7 Q3D-Icepak可以考慮DC+AC loss嗎?可以考慮Skin-effect損耗引入的熱嗎?
4.8 為何SIwave-Icepak執行時可以所有CPU多核滿載，但Q3D-Icepak執行時不行?
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Q3D Settings
2.1 DC RL Setup
2.2 Thermal Modifier
金屬材料分別輸入不同的(電阻)溫度係數，下圖是以銅(在20度下)的溫度係數0.00393 (1/oC)為例說明：if(Temp<=22,1,1/(1+0.0039*(Temp-22)))
2.3 Enable Feedback
[Q3D Extractor] \ [Set Object Temperature...]
2.4 Run Analysis
- Icepak Settings
Ctrl+A將所有Q3D內容選定，Ctrl+C將所有Q3D內容複製
切換到AEDT Icepak後按Ctrl+V將所有Q3D內容貼到Icepak
執行上述步驟時，如果Q3D檔案是從SIwave export (而不是在Q3D內原始創建的)，要特別注意：
-- 須先執行步驟2.2(把所有材料View/Editor material for Physice下的[Thermal]屬性核選打勾)，否則貼到Icepak的材料屬性就會顯示"Undefine"
-- 再於Q3D內補上材料的[Thermal]相關屬性，才能貼到Icepak，否則即使已經先執行步驟2.2，貼到Icepak的材料[Thermal]相關屬性還是會顯示"0"
此題為了跟SIwave-Icepak的結果相比較，所以邊界條件參考SIwave內的默認值(+X方向 帶有2m/s風速)
在AEDT Icepak內+X設50%，-X設100%，垂直於X方向的Y/Z都設25%
3.4 Add Open
滑鼠右鍵選[Select Mode] \ [Faces]，選定整個air box表面(六面)
滑鼠右鍵選[Assign Thermal] \ [Opening]，按OK
另外，可以從[Icepak] \ [Design Settings]內設定Ambient溫度(默認20度)
刪除由Q3D source所引入的source1, source2
滑鼠右鍵選[Select Mode] \ [Objects]
改以選定我們建的4x2x2 Box1(Resistor component)，滑鼠右鍵選[Assign Thermal] \ [Source]，輸入2W
選擇所有導體，按滑鼠右鍵選[EM loss...]
在步驟2.1內只解DC solver，EM loss的連接會如上顯示[Volume]
但如果像4.5於步驟2.1內有解CG或AC solver，EM loss的連接會顯示[Surface]
3.7 Add Monitor
選定一根電流較大(溫度較高)的導體作為觀察 溫度收斂性的指標
選定背景風速方向尾端的面作為觀察 流速收斂性的指標
3.8 Add Setup
3.9 Run One way
Validation
Run Analyze
3.10 Plot Result
3.10.1 Plot Temperature
3.10.2 one way with smaller air box (25% padding perpendicular to flow)... 與SIwave-Icepak差147-127=20度。這溫度差異有點大，但背後原因還是網格引起的。
從[Mesh Viewer]，可以看出此時的網格數5.3M，難怪解的時間比SIwave-Icepak長，因為網格佈的蠻密的。但也因此知道，此時解出的最大溫度127是比SIwave-Icepak解出的147度更精準的。
若想要讓求解時間加快，求解結果更接近SIwave-Icepak的147度，請參考4.3作法
3.10.3 one way with larger air box (300% padding perpendicular to flow)... 這值不對，與SIwave-Icepak差253-150=103度。解法請參考 4.5
3.11 Run Two way coupling
- 問題與討論Q&A
4.1 SIwave-Icepak有Thermal modifier設定溫度係數嗎?
Ans：
2020Rx(含)之前的舊版本，SIwave有自己的材料庫(與AEDT材料庫不同)，且銅的溫度係數關係式是內定的，無法由使用者設定(更改)。
2021Rx(含)之後的新版本，SIwave的材料庫與AEDT材料庫連結，可以設定材料的thermal modifier。故對於SIwave-DC來說，可以透過thermal modifier設定材料的溫度係數(e.g. 0.0039 for Cu)，但如果沒有設定材料的thermal modifier時，SIwave-DC對銅則會以本身內定的對溫度變化特性處理。
實測對比可知，SIwave-DC默認的銅溫度係數約為0.004。4.2 如何得到其他導體的溫度係數?介電係數會隨溫度變化嗎?
Ans：其他導體的溫度係數
介電係數雖然也可能會隨溫度變化(介電常數溫度係數)，但目前並不考慮，因為對於FR4來說，其介電係數隨溫度變化很穩定，幾乎不變。
4.3 有沒有其他針對求解時間/網格品質(準度)取捨的設定手法?
Ans：4.3.1 延續3.10.2，把[Global Mesh]放寬(拉到最左邊)，另外再選擇所有銅走線(貢獻DC loss的volume)，設[Mesh Region]在第二格(Mesh Size 2)
這樣的使用者指定網格設定產生2.3M網格數目(比5.3M少一半)，求解時間明顯減少，而此時最大溫度(略上升)變成149度，與2021R2 SIwave-Icepak解出的147度極為接近。
至此明白，不是SIwave-Icepak或Q3D-Icepak誰解的較準，而是要看網格分佈與質量後做判斷。4.3.2 延續3.10.2，[Global Mesh Setting]內的Resolutation設在第二格(mesh size 2)，另外再選Box1+所有銅走線結構按右鍵[Assign Mesh Region]，設[Advanced]標籤內容如下
這樣產生0.36M網格數，最高溫度141度，這是此題在求解時間與溫度準度兼顧下的另一個更有效率作法。
4.4 對於新手，AEDT Icepak有沒有不同使用場景的求解默認設定選項?
Ans：有，如下所示
4.5 步驟3.5中，元件的熱源可以設定[Source]或[Block]，兩者有何差別?
Ans：兩者都可以設Total Power，但[Source]可以設定給2D或3D目標，[Block]只能設給3D目標。原因是[Source]本身是2D(面)熱源，當其設在3D物件(如Box)時，其實是自動換算作用物體表面。而[Block]因為本身就是3D熱源，所以只能設於3D物件，不能設於2D平面。這也就合理解釋為何在步驟3.5一開始我們看Q3D貼到Icepak的內容中，把Q3D中的"source"直接在Icepak內也以Thermal model "Source"表示。
Block is volume-based, and it works with [Total Power] and [External Condition] option.
Source is surface-based, and it works with [Total Power] and [Radiation] option on 2D or surfaces of 3D object
HELP內有特別說Block要指定材料並設[Solver Inside]，且SIwave-Icepak用的是Block。實測不管是Block或Source用於3D物件時，材料都對溫度有影響。
同樣的Total Power下，為何某些例子設定[Source]或[Block]會得到不同的溫度? 網格夠好的話，設定[Source]或[Block]可以得到接近的溫度，但不會完全相同，因為兩種是不同的處理技術。[Source]關注的是表面與跟表面相鄰的空間網格，而[Block]還須在意3D物件體積內的網格。 4.6 Q3D-Icepak與SIwave-Icepak這兩種手法模擬的溫度差異，起因為何?
Ans：主要是不同的UI介面下提供的網格設定，產生不同的網格質量
此題two-way與one-way溫度結果相同
此題[Cabinet Size]背景空間的大小設定，對SIwave-Icepak影響不大，但對於Q3D-Icepak影響很大。
Q3D-Icepak 3.10.3具有較大背景空間，其默認Mesh設定下跑出的熱分佈(color map)明顯與SIwave-Icepak不同，且最大溫度飆高到253度。原因是AEDT Icepak的網格數目(質量)會依結構的尺寸大小自動調整(越大的物件，網格越粗)，這導致當背景空間加大時如果網格沒有強制增加(加密)，那溫度準度會受影響(上升)。
解法是從[Global Mesh Settings]加強網格
然後就可以得到跟SIwave-Icepak很接近的結果了(142 vs. 150相差5%)
不論是SIwave-Icepak或Q3D-Icepak，模擬程序都是一開始切網格(ICEPAKMESHENGINE.exe)，然後Fulent Thermal求解(fl_mpi2120.exe)，所以兩種電熱模擬流程背後的Icepak執行技術是相同的。
如果您的材料/結構/邊界設定都相同，而得到的溫度不同，主要還是網格不同造成。這差異對有考慮元件熱(component under convection type)時需要特別注意，但若只計算PCB (conduction type)，則兩種方法結果會一模一樣，如4.6。
4.7 Q3D-Icepak可以考慮DC+AC loss嗎?可以考慮Skin-effect損耗引入的熱嗎?
Ans：可以考慮DC或AC loss，但無法同時考慮DC+AC loss
4.7.1 於步驟2.1只設定DC solver，並刪除source3定義
4.7.2 於步驟2.1設定CG+AC solver
4.7.3 於步驟2.1設定CG+DC+AC solver
下圖左4.7.1 DC loss走線溫度最高20.3度(SIwave-Icepak得到20.5度)，比起下圖右4.7.2, 4.7.3 AC loss走線溫度最高都是23.0度，低了三度。
請不要因此誤以為在電熱分析中AC loss比DC loss重要，相反的，大部分系統上引起熱的主要來源是DC電流(或說平均電流)，也就是Icepak的steady state solver type。
下圖是1A的DC電流所貢獻，相比於1A的1GHz電流所貢獻的熱，而這1A與1G都是在Q3D內的設定。
4.7.4 連結Q3D AC loss計算時，只要不連結Box1的AC loss，就可以同時考慮PCB走線的AC loss與指定3D元件(Box1, 2W)所貢獻的熱。
4.8 為何SIwave-Icepak執行時可以所有CPU多核滿載，但Q3D-Icepak執行時不行?
Ans：SIwave-Icepak的操作介面下並沒有Icepak的HPC設定，軟體會自動以SIwave設定的HPC多核心數，來當作Icepak的HPC執行序(task)數，所以會看到SIwave-Icepak在執行Icepak(Fluent)求解階段時，有很多fl_mpi2020.exe執行序
Q3D-Icepak的操作介面下有Icepak的HPC設定，但它與其他AEDT內EBU軟體(HFSS/Q3D)的設定原則不同。對於HFSS/Q3D的HPC設定是建議每個執行序至少要有4~6核或選擇[Use Auto. Settings]讓軟體自動配置，也就是執行序不是越多越好，但Icepak則是每個執行序可以配置一核就好，也只能一核，所以AEDT Icepak執行時必須設定較大的執行序數目求解才會快，才會看到CPU滿載。
4.9 本文範例中功耗2W的元件(Box1)其材料如何影響溫度?其在SIwave內如何設置?
Ans：元件材料設導體會比設介質得到較低的溫度，所以3D熱源的材質確實會影響散熱特性的。
SIwave中並沒設定3D元件材料的地方，只要做完DC IR分析就會依電阻值與流過的電流，自動估出該電阻元件所消耗的功率與溫度。
4.10 承4.6，NET_2的AC R比DC R大21.25倍，為何同樣流1A後，Icepak呈現的溫差只有三度?
Ans：NET_2的DC R=4.82 mohm，1GHz AC R=102 mohm，AC R比DC R大21.25倍
但就算我們直接以Q3D後處理的Plot Field看DC/AC loss或DC/AC Temperature，都看到溫度22度，也看不出差別。
- Reference
關鍵是必須先理解AC loss是怎麼定義的? HELP內有寫喔
