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Simulationssoftware für die thermische Analyse von Leiterplatten: Ausgabe 13/2018, 16.08.2018

Grenze zwischen Numerik und Physik

Mit der FloEDA Brigde bietet die Simulationssoftware FloEFD von Mentor, einer Unternehmung von Siemens, die Möglichkeit, Leiterplatten aus dem elektronischen Layout-Tool in die thermische Simulationsumgebung zu transferieren. Dies geschieht in einem einmalig hohen Detaillierungsgrad.

Autor: Richard Leblois, Text und Bilder

Bei der Auswahl der Importeinstellungen werden die FR4 und Kupferanteile als individuelle 3D-Volumina aufgebaut und mit den korrekten Materialeigenschaften direkt im Simulationsbaum von FloEFD eingereiht. Weiter können die bestückten Bauteile direkt mit Verlustleistungen und zugehörigen 2-R-Modell aus den Transferdaten extrahiert werden. Nebst dem einfachen 2-R-Modell lassen sich elektronischen Bauteile ebenfalls im komplexeren Delphi-Multiresistor-Verfahren abbilden, welches ein fortgeschrittenes Mehrknotenmodell für detailliertere Analyse auf Mikrochip-Ebene bietet. 
Die im Anschluss durchgeführten Analysen liefern interessante Resultate in Bezug auf die thermische Anbindung der Hotspots an die Leiterplatte und die sich dabei einstellenden Temperaturniveaus. Dies auch bei den thermisch verlustleistungsfreien aber dafür umso empfindlicheren Bauteilen.

Prüfung der thermischen Anbindungen von verlustbehafteten Bauteilen
Ein typisches Anwendungsbeispiel ist die Prüfung von thermischen Anbindungen von verlustbehafteten Bauteilen an einen Kühlkörper über lokale thermische Vias. Beim abgebildeten Beispiel ist der Analyseworkflow anhand eines Peltier Controllers dargestellt (Bild 1). Die Leiterplatte wurde komplett im PADS-EDA-Tool gelayoutet und mittels FloEDA Bridge und FloEFD analysiert (Bild 2). Mit diesem Tool lässt sich das thermische Verhalten einer Leiterplatte schon früh in der Entwicklung als digitales Modell äusserst effizient und realitätsnah simulieren. Und ganz im Sinne der digitalisierten Entwicklung (digitaler Zwilling) lässt sich das Layout nebst den Signalintegritätsprüfungen im EDA Tool durchgängig ebenfalls mittels thermischen und mechanischen Betrachtungen im MAD-Tool validieren und für die Fertigung bereitstellen. FloEDA Bridge kann drei verschiedene Formate einlesen: IDF, CCE (natives Speicherformat von Mentor Graphics Xpedition und PADS Software) und ODB++, wobei nur die beiden letzten Datenformate explizite Leiterbahn-informationen beinhalten. 

Infoservice
Elinter AG
Hinterbergstrasse 9, 6330 Cham
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Bild 1: Analyse-Workflow anhand eines Peltier Controllers


Bild 2: Die Leiterplatte wurde komplett im PADS-EDA-Tool gelayoutet und mittels FloEDA Bridge und FloEFD analysiert


Autor: Richard Leblois
Abteilungsleiter MCAD & CFD Services bei der Elinter AG