להאיץ את האלקטרומגנטי מודול עיצוב לניצול מקסימלי של ביצועי שבב וחוסן גבוה ביותר עם הכלים העדכניים ביותר לניתוב חוטי קשר וסימולציות אלקטרומגנטיות.
יצירת פריסות חוט בונד באמצעות CAD 3D
למרות שמערכות CAD בתלת מימד כיום מבוססות היטב בפיתוח מודולי הספק לייצור טיפוס וירטואלי ויצירת תיעוד המוצר הדרוש, חוטי האג"ח נעדרים לרוב במודלים תלת מימדיים. בעוד שניתן לעצב חוט קשר יחיד עם כמה קשתות וקווים, דוגמנות של פריסת חוט קשר שלמה גוזלת זמן, מכיוון שלעתים קרובות לכל חוט קשר יש את הגיאומטריה האישית שלו. כדי למלא פער זה, הגרסה הראשונה של התוכנה MFis Wire שוחררה בשנת 3 על ידי חברת MFis GmbH, המספקת שירותי הנדסה וכלים עם דגש על אריזות אלקטרוניקה כוח.
MFis Wire מספק ממשק ידידותי למשתמש (ראה איור 1) והופך את הדוגמנות התלת ממדית לחוטי טריז, סרט וכדור כדור במהירות. חוט קשר נמשך על ידי בחירת נקודת התחלה וסיום של החוט והגדרה אינטראקטיבית של צורת הלולאה וסיבוב כף הרגל. ניתן להשתמש בפקודות CAD רבות כמו העתקה, העברה, מראה, מערך לשינוי אחד או יותר חוטי קשירה נבחרים או נקודות חיבור למשל לצורך התאמת גובה הצליל של שורה של חוטי קשר.
איור 1: תוכנת MFis Wire, המשמשת לשרטוט פריסת חוט האג"ח של מודול ההספק מסוג ED
התוכנה מומשה כתוסף לפלטפורמת Rhino3D CAD החזקה והמשתלמת. ליצירת פריסות חוטי אג"ח יש צורך בכישורים בסיסיים בלבד של מידול CAD. סרטוני הדרכה קצרים המציגים את זרימת העבודה מנחים את המשתמש ליצור פריסות חוט ראשונות תוך זמן קצר. לאחר שמודל תלת מימד מוכן, ניתן לייצא אותו לפורמטים רבים של CAD בתעשייה או להמיר אותו לציור דו-ממדי עם קואורדינטות של נקודת קשר. מכיוון של- Rhino3D יש תכונות עיבוד חזקות, תמונות פוטו-ריאליסטיות של פריסת מודול כוח נוצרות במאמץ נמוך (ראו איור 2).
אופטימיזציה של גיאומטריה להפקת טפילים מהירה
ניתן להשתמש למשל בגיאומטריה של פריסת חוט תלת-ממד לתיעוד, ניתוח אלמנטים סופיים אלקטרו-תרמיים או מטרות מיצוי טפיליות. בהתאם לשימוש הממוקד, יש לבחור את הגיאומטריה של חתך החוט באופן שונה. למטרות תיעוד חתך עגול נראה טבעי ביותר ובעל גודל הקובץ הנמוך ביותר.
כאשר מכוונים לניתוח אלמנטים סופיים אלקטרו-תרמיים, רק שטח החתך של חוט רלוונטי. הבחירה הטובה ביותר היא חתך משולש בעל שטח חתך זהה לזה של החוט המקורי, מה שהופך את הגיאומטריה ליעילה להתארגנות וחישוב ולא תשפיע על טמפרטורות חוט הקשר והתנגדויות המתקבלות כתוצאה מניתוח האלמנטים הסופיים.
למיצוי טפילי, צורת החתך רלוונטית. אם משתמשים בחתך רוחב עגול, המזרן של המחלץ הטפיל יערוך את הצורה העגולה עם כמה אלמנטים. בדרך כלל, פיתרון טוב יותר בין זמן מחשוב לדיוק מושג כאשר הקירוב כבר מיושם בגיאומטריית הקלט. תוצאות טובות מתקבלות באמצעות חתך חוט משושה.
דוגמאות גיאומטריה של חוטי בונד וחילוץ טפילים נעשו עבור המודול מסוג ED עם פריסת חוטי קשירה המורכבת מ- 165 חוטים, שרבים מהם בעלי צורתם האישית. לאחר שיצרנו את פריסת החוטים המחברת 661 נקודות, החוטים יוצאו בגרסאות עם חתכים עגולים ומשושים ועובדו באמצעות מחלץ הטפילים Ansys Q3D. איור 2 מראה את ההבדל ברשת שהתקבל עבור הגרסאות עם חתכי רוחב ומשושה. עבור החוט עם חתך מעגלי המתרן מכניס הרבה תאים משולשים בכדי לקרב את הצורה העגולה, מה שהביא לתוצאות מציאותיות ביותר, אך נדרש 5.5 שעות בכדי להתכנס בניגוד ל -71 דקות בלבד במקרה של גאומטריה עם חתך משושה. . כמו כן, צריכת הזיכרון של 22.3 ג'יגה בייט הייתה גבוהה בהרבה עבור חוטים עגולים מאשר 11.4 ג'יגה-בייט עבור חוטים משושים. ההבדל בהשראות עצמיות של המודול היה 0.1% בלבד.
אופטימיזציה לתכנון מודולים מסוג ED
כחברה מתפתחת, חיוני עבור SwissSEM Technologies AG להביא את המוצרים הראשונים שלה לשוק באיכות גבוהה ובזמן קצר. אופטימיזציה אלקטרומגנטית ותרמית חיונית לביצועי מכשיר מעולים. ה- ED-Type, תקן תעשייתי בגובה 17 מ"מ 62 x 152 מ"מ מודול IGBT, מציע אתגרים מיוחדים לשיתוף זרמים פנימי בין IGBTזה בגלל העיצוב הארוך שלו. רוב הפריסות הקלאסיות סובלות פחות או יותר מחוסר איזון נוכחי בין צ 'יפס, והמטרה שלנו היא להשיק מודול עם ההומוגניות הנוכחית הטובה ביותר האפשרית על מנת להפיק את מלוא התועלת מדור ה-IGBT i20 האחרון שלנו.
בעזרת תוכנת MFis Wire הצלחנו ליצור במהירות גרסאות עיצוב שונות כולל וריאציות בפריסת חוטי הקשר. זה איפשר לנו לדמות את הצימודים האלקטרומגנטיים של הגרסאות ב-Q3D ולבצע הדמיות מיתוג עם סימולטור ה-SIMetrix Spice באמצעות מודלים של מעגלים שחולצו מ-Q3D. הדמיות אלו היו הבסיס להבנה טובה יותר של המכשיר והצירופים הפנימיים שלו. במיוחד מכיוון שלוריאציות קטנות כבר של מיקום וצורת החוט בטווח המ"מ יכולה להיות השפעה משמעותית על הצימוד. מכאן שגיאומטריה מפושטת, כפי שתתקבל בעת שימוש בכלי התיל הזמין ב-Q3D, אינה מספיקה. יחד עם סימולציות של העברת חום נמצאה פריסה אופטימלית. מנקודת מבט של התנגדות תרמית, שתי הגרסאות של מיקום שבבים מציעות את אותו Rth. עם זאת, ה-"Layout straight" מציע פוטנציאל רב יותר לשיפור השיתוף הנוכחי בהשוואה ל"Layout classic", במיוחד כדי להאט את IGBT #3 שהוא הקרוב ביותר לחיבור פולט כוח נפוץ (ראה איור 3). לצורך אופטימיזציית הפריסה הסופית, מיקום השער של IGBT #3 סובב ופריסה של חוט הפולט הראשי וחוט השער עבר אופטימיזציה (ראה איור 4). כתוצאה מכך, חוסר האיזון הנוכחי הצטמצם מ-30% מה"פריסה הקלאסית" ל-17% מה-"פריסה ישרה אופטימלית". זהו צעד משמעותי המשפר את איזון העומס בתוך ה-IGBTs, אך גם מניב ניצול אזור הפעלה בטוח יותר של שבבי ה-IGBT.
איור 2: רשת שנוצרה על ידי Ansys Q3D עבור חוטי קשירה עם חתכים עגולים ומשושים
איור 3: השוואת השיתוף הנוכחי עם פריסות שונות והתייחסות תרמית
איור 4: פריסה ישר (משמאל) - פריסה מותאמת ישר (מימין)
סיכום
כלי הסימולציה של היום לסימולציות תרמיות וגם אלקטרו מגנטיות הם חזקים מאוד, מקצרים את זמן הפיתוח ומשפרים את איכות עיצובי המודולים IGBT באופן משמעותי. ובכל זאת, הקלט לסימולציות האלמנטים הסופיים צריך להיות מדויק ככל האפשר ולשקף את עיצוב המוצר הסופי אם כדי להשיג את התוצאה האופטימלית. במיוחד עבור פרטים מורכבים כמו אגרות חוט, הפשטות ברורות הן אטרקטיביות במבט ראשון בשל העבודה המייגעת וגוזלת הזמן שהיא דורשת ב- CAD. עם זאת, דיוק התוצאות יסבול מפשטות, והפוטנציאל המלא של כלי הסימולציה אינו מנוצל.
על ידי שימוש בתוכנת MFis Wire, הזמן מתקצר באופן משמעותי ליצירת מודלים גיאומטריים תלת-ממדיים מורכבים של פריסות תיל. שימוש בחתך חוט משושה בגיאומטריית הקלט של המחלץ הטפילי גורם לחישוב מהיר פי ארבעה, מה שמאפשר לחקור מספר גרסאות פריסה ביום עבודה אחד. שיטה זו הנהוגה ב- SwissSEM, אפשרה שיפור של שיתוף הזרם הפנימי של מודול ה- ED בכמעט גורם שניים בהשוואה לגישות עיצוב קלאסיות.