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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Software zur thermischen Simulation


Autor: Dieter R. (drei)
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Kennt jemand eine (kostenlose bis billige) Software zur thermischen 
3D-Simulation? Eine offenbar gute 2D-Software habe ich vor längerer Zeit 
hier:
http://windows.lbl.gov/software/therm/therm.html
gefunden (ist für Fensterbau, geht aber auch für anderes). Ich will kein 
ganzes Gerät simulieren, sondern den Wärmetransport vom Halbleiter (SMD) 
über das Board zum Gehäuse (=Heatsink), mit den real vorhandenen 
Kupferflächen und Durchkontaktierungen.

Autor: Christian (Guest) (Gast)
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Transiente Vorgänge ?


Eingeschwungene/Stabile Zustände:
Ansonsten geht jedes programm, das Potentialfelder berechnen kann:
  elek. stat. Felder, ...  (gleiche Dgl.)

Bei einfachen Strukturen: FDM, sonst kommt man schnell zu FEM
Da gibt es viele Software: freeware

Empfehlen kann ist keine Software - dies nur zur Info.




Transiente Vorgänge sind auch nicht ganz einfach: Typ der Dgl.

Autor: Dieter R. (drei)
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Mal unabhängig von der vorstehenden "Antwort", die keinen weiterbringt, 
habe ich jetzt folgendes gefunden:

http://de.geocities.com/markusgreither/thsim.htm

Arbeitet zusammen mit Winspice.

Das Programm ist schonmal was in der Richtung, wie ich es mir vorstelle, 
und Dank der Mühen des Verfassers auch noch kostenlos. Leider ist es 
etwas umständlich zu bedienen.

Kennt jemand noch etwas ähnliches, vielleicht aktueller weiter gepflegt?

Autor: Berti (Gast)
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Femlab... vl. gibts das ja als Studentenversion

Autor: tobias hofer (Gast)
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Hallo

Habe mich schon eine weile mit thermischnen simulationen von igbt und 
mosfet beschäftigt.

habe mir selbst ein simulationsprogramm geschrieben aber nur 2d.
die frage die sich stellt ist 3d wirklich nötig? in der regel genügt 
eine 2d berechnung die du dann mit einem praxis test verifizierst.

gruss tobias

Autor: Dieter R. (drei)
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tobias hofer wrote:
>> die frage die sich stellt ist 3d wirklich nötig?

Ja, ist nötig, siehe kurze Beschreibung der Aufgabenstellung oben. 
Praktisch zu verifizieren ist das auch nicht - wie messe ich die 
Temperatur im Halbleiter, und wie die Durchkontaktierungen unter dem 
Bauteil?

Autor: tobias hofer (Gast)
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>wie messe ich die Temperatur im Halbleiter

Da hilft dir ein 3d programm auch nicht weiter. da kannst du die 
temperatur im halbleiter auch nur mithilfe der angaben vom hersteller 
des halbleiter simulieren. und 3d zeichnungen gibt es da erst recht 
nicht.
es sei denn du entwickelst eigene halbleiter.

ich habe (und das hat sich in der praxis bewährt) mit meinem 
simulatiosprogramm auf jeden fall die temperatur schwankungungen des 
junction silicium simuliert und entsprechend rückschlüsse auf die 
lebenszeit des halbleiters geschlossen. entsprechend konnte der zyklus 
angepasst werden für maximale lastwechsel.

überprüft habe ich das ganze dann mit den integrierten ntc der bei 
grösseren igbt modulen vorhanden ist.

>und wie die Durchkontaktierungen unter dem
>Bauteil?

die durchkontaktierung unter dem bauteil ist genau so warm wie die 
rückseite des halbleiter plus dem thermischen widerstand der z.b. 
wärmeleitpaste.

was ich sagen möchte ist: ich habe mich lange mit dieser thematik 
beschäftigt und festgestellt das für die praxis einfache 2-d modelle 
genügen.
aber wie gesagt ich weiss ja nicht was du für eine spezielle 
aufgabenstellung hast.

gruss tobias

Autor: Dieter R. (drei)
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tobias hofer wrote:
> die durchkontaktierung unter dem bauteil ist genau so warm wie die
> rückseite des halbleiter plus dem thermischen widerstand der z.b.
> wärmeleitpaste.
Dir ist schon klar, dass der Wärmewiderstand der Durchkontaktierung 
GERINGER ist als der des umgebenden FR4? Den Begriff "Thermal Via" 
kennst du?

> was ich sagen möchte ist: ich habe mich lange mit dieser thematik
> beschäftigt und festgestellt das für die praxis einfache 2-d modelle
Sorry, dann hast du dich wohl lange mit DEINER Fragestellung 
beschäftigt, aber nicht mit der Wärmeabfuhr von Power-SMD-Bauteilen. Das 
ist mein Thema - wie eingangs kurz beschrieben.

Autor: tobias hofer (Gast)
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Hallo Dieter_R

Ich möchte dich ja nicht von deinem Vorgehen abhalten. Was ich dir sagen 
wollte ist das es eigentlich fast nie nötig (wenn nicht unmöglich) ist 
ein exaktes 3d model von deinem kompletten print sowie den smd bauteilen 
zu erstellen.
und selbst wenn du das schafst werden sich die resultate der praxis 
nicht mit deinem modell decken. da das eben theorie ist und das andere 
praxis. oder du betreibst einen riesen aufwand der sich normalerweise 
nicht rechtfertigt.

aber evtl. möchtest du das ja nur theoretisch simulieren.

auf jeden fall eine höchst interessante aufgabe und ich wünsche dir 
weiterhin viel erfolg.

Autor: Dieter R. (drei)
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tobias hofer wrote:
> aber evtl. möchtest du das ja nur theoretisch simulieren.

Ich möchte es praktisch simulieren. Und ich wünsche mir, ehrlich, 
praktische Hinweise auf kostengünstig verfügbare Software dazu.

Ich weiß auch nicht, was an der Aufgabe so exotisch sein soll. Die 
Simulation des Wärmeflusses über Kupfer-FR4-Kupfer-Montagefläche kann 
ich notfalls über ein Spice-Modell noch zu Fuß aufstellen, ist nur 
reichlich umständlich zu formulieren. Damit habe ich dann eine 
Abschätzung nach unten. Das reicht aber nicht.

Jetzt kommen die Thermal Vias dazu. Die sind zu Fuß nicht mehr so 
handlich zu formulieren. Es gibt aber überhaupt keinen Grund, 
anzunehmen, dass das NICHT verlässlich zu simulieren sein soll. Außerdem 
gibt es Applikationsschriften dazu, mit vom Hersteller mit allem Aufwand 
nachgemessenen Beispiel-Layouts. Die kann man nachsimulieren und damit 
die Validität des eigenen Simulationsansatzes überprüfen.

Autor: Guift Nia (Firma: Herr) (thegift)
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Hallo Dieter R.,

Hast du endlich eine Software zur thermischen Simulation von Halbleitern 
gefunden? Ich werde an einem Projekt arbeiten mit dem Tiltel: "Aufbau 
und Inbetriebnahme eines Versuchsstands zur thermischen 
Charakterisierung von Leistungshalbleitern in Halbleitermodulen". Dafür 
brauche ich eine Software wie du, eine 3D-Software. Kurz zu dem Thema: 
Die thermische Impedanz eines Halbleiters beschreibt die Qualität der 
thermischen Anbindung z.B. eines Leistungshalbleiters an ein Kühlsystem. 
Kenntnisse der thermischen Impedanz sind zur optimalen Auslegung 
leistungselektronischer Systeme unbedingt erforderlich. Zudem ist die 
thermische Impedanz eine veränderliche Größe welche sich z.B. durch 
Alterung der beteiligten Komponenten verschlechtert. Im Rahmen von 
Lebensdaueruntersuchungen soll daher die thermische Impedanz, bzw. der 
thermische Widerstand unter Verwendung eines zu konstruierenden Geräts 
überwacht werden. Um bis zur Konstruktion des Gerätes zu gelangen, 
möchte ich Vorgehensweise die Schaltung zur Messung der thermischen 
Impedanz entwerfen und eine Simulation durchführen. Soweit möglich auch 
die Implementierung von Software auf FPGA  µConroller  PC um eine 
automatische Messung sowie Auswertung der Messdaten durchzuführen.

Könnten mir Jemand dabei helfen?
Vor allem mit einer Software wo man sowohl die elektrische Schaltung als 
auch das thermische Modell konstruieren kann.

Danke im Vorraus

Autor: bla (Gast)
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Um deine bachelor/sonstewasarbeit muss es ja echt schlecht stehen wenn 
du schon so verzweifelt bist 9 Jahre alte Threads auszugraben.

Du haettest dir zumindest etwas mehr Muehe geben koennen als die 
Ausschreibung zu copypasten :p

Autor: Guift Nia (Firma: Herr) (thegift)
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Hallo Bla,

ich bin nicht verzweifelt, ich weiß ja wie ich vorgehen muss. Suche aber 
eine konstenfreie Software zur thermischen Simulation von Halbleiter. 
Also für Hilfreiche Informationen wäre dir dankbar.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Temperaturmessungen mit einem FPGA ... wegen der Geschwindigkeit ?

Weshalb hab ich das Gefuehl das wird nichts ?

Ich wuerd im Modell Probebohrungen vornehmen, und dabei isolierte 
Thermoelenente mit 0.5mm Durchmesser einkleben.
Thermoelement misst man uebrigens nicht mit einem Controller direkt.
Aber mit einem guten ADC ist man dabei.

Autor: Guift Nia (Firma: Herr) (thegift)
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Hallo Zwölf Mal Acht,

ich danke dir für deinen Rat. Ich werde es mal einsetzen, und sehen wie 
es läuft. Aber eine geeignete Simulation Software kennst du nicht?

Autor: Wolfgang (Gast)
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Guift N. schrieb:
> Könnten mir Jemand dabei helfen?

Bist du sicher, dass du eine 3D-Simulation gefordert ist.
Vom Halbleiterhersteller bekommst du 1D-Daten, mehr nicht. Und auch 
einen Head-Spreader wirst du nur selten in vollem 3D rechnen müssen.

> Soweit möglich auch die Implementierung von Software auf FPGA
> µConroller  PC um eine automatische Messung sowie Auswertung der
> Messdaten durchzuführen.

Auf welchen Zeitskalen rechnest du denn?
Geht es um lokale Erhitzung in Zusammenhang mit PLD o.ä.?

Autor: Guift Nia (Firma: Herr) (thegift)
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Hallo Wolfgang,

>Bist du sicher, dass du eine 3D-Simulation gefordert ist.

ja, ich habe eine gefunden. Sie heißt 6SigmaET. Damit kann man sich 
vieles sparen. Z.B.: eine separate Herstellung des Layouts, eine 
separate Herstellung des thermischen Modells der elektronischen 
Schaltung. Mit der Software macht man alles in einem. Aber das Problem 
ist: es ist kostenpflichtig. Ich benötige eine kostenfreie Version: eine 
Crack-Version. Denn die Software ist wirklich geeignet für thermische 
Simulation von elektronischen Schaltungen.

>Auf welchen Zeitskalen rechnest du denn?
>Geht es um lokale Erhitzung in Zusammenhang mit PLD o.ä.?

ja sowas ähnliches

Autor: Lisa-FEA (Gast)
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Nur ein Hinweis, keine eigene Erfahrung:
http://lisafea.com/
Falls du dich damit näher befasst, wäre es nett, wenn du deine eigenen 
Erfahrungen damit mitteilen würdest.
Man braucht auch keine gecrackte Version, die Software gibt es kostenlos 
bis kostengünstig, je nach Zahl der Nodes.

Autor: Joern G. (joern_g83)
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Mit Fusion 360 kannst du thermische Sachverhalte in 3D einfach 
untersuchen und für Privatleute ist das gratis.

Cu joern

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