Aufbau- und Verbindungstechnik

Mit Simulation & Design-Regeln zu besseren Power-Modulen

| Autor / Redakteur: Michael Schleicher * / Gerd Kucera

Eine Simulation sollte auch verifiziert werden

Gerade bei neuen Technologien ist es wichtig, die Simulationen und daraus abgeleitete Design-Regeln durch Messungen zu verifizieren. Die Design-Regeln werden dann im Constraint Manager eingetragen und steuern damit die automatische Prüfung der Design-Regeln (DRC-Check). Die Anzahl der Design-Regeln steigt bei miniaturisierten Systemen exponentiell an.

Die zentrale Verwaltung und permanente Prüfung ist dementsprechend eine enorme Erleichterung für den Entwickler. Er kann sich auf bereits erarbeitete Lösungen im Constraint Manager verlassen und sich auf neue, kritische Bereiche konzentrieren. An starrflexible Leiterplatten werden zusätzliche Einschränkungen für das Design gestellt.

In Bereichen, in denen die Platte gebogen ist, sind spezielle Leiterbahnbreiten und Strukturen von Kupferflächen zu berücksichtigen. Am Übergang von starr zu flexibel gibt es darüber hinaus besondere Bereiche, die keinem Stress ausgesetzt werden sollen. Hier gelten dann zusätzliche Keep-Out-Bereiche für Bohrungen sowie Routen und auch wieder andere Leiterbahnradien und -breiten.

Diese Sonderregeln für die unterschiedlichen Bereiche auf einer Lage der Leiterplatte werden deshalb in Regelsätzen im Allegro Constraint Manager für diese Zonen erfasst und permanent überprüft. So können nicht im Eifer des Gefechts Design-Regeln unabsichtlich verletzt werden. Besonders erwähnenswert ist auch die Konstellation, dass sich bei dem Direct Copper Bonding auf flexiblen Leiterplatten mit hohen Strömen und Spannungen vor dem Beginn des Projekts kein Experte finden ließ, der sich damit auskennt.

In Versuchsreihen und Messungen haben sich Teile der Regeln geändert und dies hatte wiederum Änderungen im Design zur Folge. Durch Nutzung von Simulationen und dem Ableiten der Design-Regeln aus Simulationen und Messungen konnte der Einsatz der neuen Technologie zielgerichtet umgesetzt werden. Mögliche Schwachstellen waren dadurch frühzeitig bekannt und ließen sich dementsprechend vermeiden.

Wertvolle Erfahrungen für Weiterentwicklungen

Die Erfahrungen aus diesem und anderen Projekten bei SEMIKRON wurden mit dem Software Support bei FlowCAD geteilt und führen auf diese Weise zu Weiterentwicklungen in den Tools. So wurde es ermöglicht, ein Leistungsmodul mit Siliziumkarbid-Technologie zu kombinieren. Die Leistung des Moduls wurde dadurch gesteigert und gleichzeitig der Formfaktor der Baugruppe reduziert.

Dies war durch veränderte Gehäuse und Chip-Technologien möglich, die die Modul-Induktivität deutlich reduziert haben. Das Ziel, die Kosten zu senken, wurde neben den technischen Verbesserungen auch noch erreicht.

SEMIKRON gehört zu den führenden Herstellern von Leistungsmodulen und Systemen besonders im mittleren Leistungsbereich (etwa 2 kW bis 10 MW) für moderne und energieeffiziente Motorantriebe und industrieller Automatisierungssysteme. Weitere Anwendungsgebiete sind Stromversorgungen, erneuerbare Energien und Nutzfahrzeuge.

* Michael Schleicher ist Leiterplatten-Designer beim Power-Modul-Hersteller SEMIKRON, Nürnberg.

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