Temperaturprobleme auf Leiterplatten vermeiden

Thermische Probleme lassen sich mit unterschiedlichen Lösungen gezielt analysieren und beheben.

  • Komponentenauswahl Derating
  • Leiterplattenerwärmung durch IR-Drop
  • Konvektion und Kühlung

Mit einer PSpice Simulation können Bauteile so dimensioniert werden (Derating), dass sie nicht überhitzen.

Die Temperaturerhöhung durch Spannungsabfall auf Leiterplatten (IR-Drop) weist den Designer auf Schwachstellen im Layout hin.

Konzepte zur Kühlung können begleitend zum Design entwickelt und verfeinert werden. Die Verifikation durch eine CFD-Analyse des gesamten Systems bietet Ergebnisse in Sign-Off Qualität.

Thermische Probleme lassen sich mit unterschiedlichen Lösungen gezielt analysieren und beheben.

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Lösungen zur thermischen Simulation

PSpice Smoke Analysis
Auswertung der überlasteten Bauteile

PSpice Smoke Analysis

Die Stressanalyse wird im Englischen scherzhaft Smoke Analysis genannt, da bei zu viel Stress die Bauteile durch thermische Überanspruchung „abrauchen“. Mit dieser Simulation lässt sich das maximale De-Rating von Bauteilen bestimmen und damit eine Aussage über die Bauteilbelastung treffen. Über die Modellparameter kann die Belastung in Prozent angegeben werden. Den Entwickler interessieren Aussagen über die Belastungsarten: thermisch bei maximalem Strom und höchstmöglicher Spannung, Leitung der Junctiontemperatur in °C bzw. die thermischen Übergangswiderstände JC und JA, wie sie in der Schaltung vorkommen.
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Workflow IR-Drop
Workflow IR-Drop

Workflow IR-Drop

Fließt Strom durch einen Leiter mit einem Ohmschen Widerstand, kommt es zu einem Spannungsabfall. Dieser Effekt wird bei der Leiterplattenanalyse IR-Drop genannt. Bei dieser In-Design-Analyse wird der IR-Drop durch einen Field-Solver berechnet. Die Ergebnisse dieser Analyse, Spannungsabfall, Strom und Stromdichte, können in Tabellen oder als Farbüberlagerungen im Design dargestellt werden. All dies liefert dem PCB Designer wertvolle Informationen zur Verringerung der Stromverluste, zur Vermeidung von Strom-Hotspots bzw. zur Verbesserung des Wirkungsgrads.
Vorteile: Stabile Versorgungsspannung und weniger thermische Probleme. Whitepaper IR-Drop

Celsius Thermal Simulation
Transient elektrisch-thermische Co-Simulation

Celsius Thermische Simulation

Celsius Thermal Solver lässt sich nahtlos in Cadence IC-, Package- und Allegro PCB-Plattformen integrieren. Die schnelle und exakte parallelisierte Simulation ermöglicht neue Einblicke in die Systemanalyse und das Design und befähigt die Designer, thermische Probleme frühzeitig im Designprozess zu erkennen und zu reduzieren. Ingenieure können Cadence Celsius und Sigrity in einer genauen elektrischen und thermischen Co-Simulation (steady-state und transient) auf Systemebene für PCB- und IC-Packaging, basierend auf dem tatsächlichen Stromfluss, kombinieren.
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