Integrierte Lösung zur thermischen Charakterisierung und Analyse

Erich Bürgel, Mentor: „Mentors branchenführende Lösung zur thermischen Simulation und Messung von Halbleitergehäusen und LEDs bietet Kunden, die vor thermischen Herausforderungen stehen, enorme Vorteile.“

Mentor hat ein Analysesystem vorgestellt, das eine exakte thermische Charakterisierung mit einer präzisen Analyse für Komponenten und Systeme kombiniert. Hardware-Testergebnisse werden dabei automatisch der Simulation zur Verfügung gestellt.

Mentor Graphics bietet eigenen Angaben zufolge die industrieweit erste automatisierte Lösung an, die eine exakte thermische Charakterisierung mit präziser Analyse kombiniert. Das System basiert auf dem Hardwaretester T3Ster sowie der CFD-Software FloTHERM. Mit der Lösung lassen sich LED-, Leistungshalbleiter- und IC-Gehäuse thermisch optimieren, genaue Simulationsmodelle generieren und Systeme für optimales Wärmemanagement verifizieren. Ziel ist der Test in laufender Produktion.

Bei T3Ster handelt es sich um einen thermischen Transienten-Tester für Halbleitergehäuse und LED. Mithilfe der Strömungssimulations-Software FloTHERM lassen sich thermische Parameter simulieren und Luftströmungen, Temperaturen und Wärmeübertragungen in elektronischen Geräten und Komponenten, Baugruppen und kompletten Systemen vorhersagen. An der Schnittstelle zwischen T3Ster und FloTHERM wird ein genaues thermisches Simulationsmodell erzeugt und der Simulationssoftware zur Verfügung gestellt. Das System ist JESD51-14-konform.

Kombination von Hardware-Messtechnik mit Software-Simulation

Die Integration von Hardwaremesstechnik und Softwaresimulation bietet eine kombinierte Methode zur Optimierung des Wärmemanagements von Komponenten, Sub- und Komplettsystemen. Hersteller sind damit in der Lage, die effektive Wärmeableitung ihrer LED- und IC-Gehäuse-Designs zu optimieren. Sobald ein Prototyp aufgebaut ist, können sie diesen aus einer thermischen Perspektive charakterisieren und auf Subsystem- und Komplettsystemebene genaue Modelle zur thermischen Softwaresimulation bauen.

Bild 1: Vergleich der Simulationseergebnisse mit in-situ-Messungen thermischer Parameter. Neu ist die Generierung eines thermischen Modells aus den T3Star-Messungen und deren Import in die CFD-Software Flowtherm.

Wärmemanagementlösungen lassen sich mit Hilfe von physikalischen Messungen verifizieren. Als wesentlichen Vorteil des Systems beziffert Dr. Erich Bürgel, General-Manager der Mentor Graphics Mechanical Analysis Division, die Schnelligkeit des Systems mit 10000 Messpunkten/min. Damit ließe sich das System auch für Tests in der laufenden Produktion einsetzen.

„Das problemlose Erstellen genauer thermischer Modelle basierend auf zuverlässigen thermischen Messungen hilft Anwendern, Designprobleme schnell zu finden und Alternativen zu schaffen, die die Produktqualität, Zuverlässigkeit und Rentabilität verbessern“, erklärt Bürgel weiter.

Der Harwaretester T3Ster zur thermischen Charakterisierung von Halbleitergehäusen ist das einzige kommerziell verfügbare Produkt, das eine dem JEDEC-Standard JESD51 14 gemäße Methodik zur Messung des Sperrschicht-zu-Gehäuse-Wärmewiderstands von Halbleiter-Produkten vollständig implementiert hat. Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messmethodik sind höher als bei herkömmlichen Methoden.

Mit T3Ster durchgeführte thermische Gehäusemessungen, die auf dem Widerstand dieser Materialien basieren, können genutzt werden, um mit der Simulationssoftware präzise Modelle zu erstellen. Dieser nahtlose Prozess erlaubt eine schnelle, einfache und genaue Modellerstellung, findet Fehler im Produktdesign und gestattet Prüfungen der Fertigungsqualität.

„Da LEDs immer leistungsfähiger werden, sollte dem thermischen Management mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden, denn dieses ist essenziell für stabile LED-Performance und lange Lebensdauer. Deshalb legt Osram auch einen hohen Stellenwert auf das thermische Design. Die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit von T3Ster ermöglicht es uns, unsere thermischen Designs zu verifizieren und die Stabilität und Zuverlässigkeit unserer Produkte zu bestätigen“, erklärt Dr. Thomas Zahner, Qualitätsqualitätsmanager, Osram Opto Semiconductors.

„Durch das Testen in großen Mengen erhalten wir eine höhere statistische Genauigkeit der Messergebnisse. Die in die T3Ster-Software integrierten Strukturfunktionen haben sich bei unseren umfangreichen Zuverlässigkeitstests zur Identifizierung verschiedener thermischer Schnittstellenprobleme als äußerst leistungsfähig erwiesen“ [1]. //KR

Literatur