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Thermisches Management in der Elektronik mit ANSYS Icepak in AEDT

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Thermische Herausforderungen im Design elektronischer Geräte meistern

​Die Entwärmung von elektronischen Geräten spielt bei der Entwicklung moderner Elektronikprodukte eine herausragende Rolle. Um die elektrische Funktionsfähigkeit zu erhalten, ist ein optimales thermisches Management erforderlich. Die Abbildung dieser detaillierten Prozesse rund um die Kühlung ist praktisch nur noch unter Verwendung strömungsmechanischer Simulations-Tools möglich. Diese Aufgabenstellungen werden mit ANSYS Icepak in der Umgebung des ANSYS Electronic Desktops (AEDT) unter Berücksichtigung sämtlicher thermischer Effekte in einfacher Art und Weise gelöst.

ZIELGRUPPE

​Dieses Seminar richtet sich an Hardware- und Layoutentwickler im Bereich der Elektronikentwicklung, die in die Simulation der thermischen Fragestellungen von elektrotechnische sowie elektronischen Systemen und ihre Komponenten einsteigen wollen. Dies erlaubt bereits im Entwurfsstadium, zielsicher Prognosen abgeben zu können oder für Trouble-Shooting Aufgaben aufschlussreiche Analysen durchzuführen.

IHR NUTZEN

​Anhand von praktischen Beispielen werden Kühlprozesse rund um die Elektronikentwicklung simuliert. Dabei werden Themenfelder wie Wärmeleitung, freie oder erzwungene Konvektion am Gesamtmodell, elektronische Bauelemente und andere Komponenten, behandelt. So werden Sie in die Lage versetzt, diese Lösungskonzepte auf eigene Aufgaben zu übertragen.

Agenda

Tag 1

M1: Hands-On Let's Start in Icepak-AEDT

  • ​Einführung in die Benutzeroberfläche Icepak-AEDT
  • Native 3D Komponenten in Icepak-AEDT und ihre Eigenschafen
  • Geometrieaufbau und Einfügung der Komponenten aus der Bibliotheken
  • Grundwissen für Materialzuweisungen und Randbedingungen
  • Einstellungsarten für erzwungene und freie Konvektion (mit/ohne Lüfter)
  • Basisfertigkeiten für die Vernetzung
  • Simulationseinstellungen: CFD Gebiet, laminare vs. turbulent usw.
  • Typische Ergebnisauswertung: Temperaturfeld, Stromlinien usw.
  • Übung: Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen und Lüfter im Gehäuse

M2: Abbildung der physikalischen Effekte für die Entwärmungssimulation

  • Stationäre Berechnung der Wärmeleitung
  • Materialbibliotheken für thermische Simulation innerhalb Icepak-AEDT
  • Wärmestrahlung mittels Discrete Ordinates oder Ray Tracing
  • Überblick Turbulenzmodelle: von Zero-Equation bis K-Omega SST
  • Erzwungene und natürliche Konvektion in Icepak-AEDT berücksichtigen
  • Ergebnisauswertung: Auswertegrößen an Monitorpunkten
  • Übung: Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen und Lüfter im Gehäuse

M3: Tipps und Tricks zum Umgang mit Icepak

  • ​Geeignete Randbedingungen für Öffnungen in Gehäusen
  • Berücksichtigung der Schwerkraft
  • Erzwungene Konvektion mittels Lüfter in einem offenen Gehäuse
  • Robuste Einstellungen für Konvergenzkriterien
  • Auswertung und Interpretation des Konvergenzverlaufs
  • Simulationseinstellungen im Solver
  • Mehr Performance durch HPC
  • Best Practice Vernetzung in Icepak-AEDT: MeshRegion, MeshLevel, Object Priority
  • Ergebnisauswertung und Interpretation
  • Übung: thermischen Simulation eines elektronischen Steuergeräts

M4: Parametrische Analysen – Icepak & Optimetrics

  • ​Praktische Anwendung des erworbenen Wissens
  • Geschickte Durchführung von DoEs (Design of Experiments)
  • Verbesserung des Modells hinsichtlich thermischem Verhalten
  • Kreatives „Spielen“ mit Geometrie bzw. physikalischen Parametern
  • Gezielte Modifikation von Randbedingungen wie etwa Lüftereigenschaften
  • Änderung der Position und Leistungen thermisch aktiven Bauteilen
  • Übung: Ergebnissensitivitäten für ein elektronisches Steuergerät

Tag 2

M5: Leistungselektronik - Kühlung eines Steuergeräts

  • ​Import von MCAD-Modellen aus MCAD-Geometrie bzw. ANSYS SCDM
  • Geschickte Geometrievereinfachung mittles ANSYS SCDM bzw. ANSYS EADT Tools
  • Übung: Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen und Lüfter im Gehäuse - thermische Kontakte

M6: Thermische Analysen von Platinen und Komponenten

  • Thermische Verluste aus ANSYS EM Tools SIWave, HFSS 3D Layout
  • Vorbereitung und ​Import von ECAD- und MCAD-Modellen
  • Anisotrope Wärmeleitfähigkeit der Platine
  • Übung: Temperaturverteilung auf einer Platine mit Leiterbahnen

M7: Elektromagnetisch und thermisch gekoppelte Analysen

  • ​Import elektromagnetischer Verluste aus Maxwell bzw. Q3D
  • Durchführung einer gekoppelten Analyse (1-way)
  • Auswertung des Thermalhaushalts

M8: Best Practice zum thermischen Management in der Elektronik

  • Ausfall von thermischen Kontakten
  • Verschiedene Rippenanordnungen beim Kühlen des Gehäuses
  • die geeignetsten Änderungsmaßnahmen gegen Bauteilüberhitzung aufspüren
  • Ihre Fragen und Antworten
  • Ihre nächste Simulationsaufgabe - unsere Tipps

ERGÄNZENDE VERANSTALTUNGEN