西门子平台优化热特性分析与仿真数据管理

产业快速发展，电子设备的功能不断精进，MOSEFET、IGBT等功率元件的发热越来越高，有效散热成为设备业者的产品设计重点。除了散热外，仿真模拟也是工程师开发过程中的必要环节，现在产品结构越来越精细，趋势对仿真数据的管理效能带来严苛考验，唯有优化管理机制，方能精准控制成本与品质。

为协助设备业者与工程师解决上述问题，西门子特于2021年7月7日举办在线研讨会，邀请两位西门子专家介绍该公司的半导体封装元件的热特性、仿真数据管理两种平台。

全面掌握热特性分析量测数据

西门子数码工业软件资深顾问许钦淳首先以「半导体封装元件的热特性」为题发表精采演说。半导体已然成为各类型产业的发展核心科技，许钦淳分析，近年来半导体有五大应用重点，包括汽车产业的5G使用、再生能源、电动车、物联网与人工智能，由于这五大应用系统都需要高运算机制，在此态势下，电子设备的散热设计更趋重要。

电子设备与系统的热主要来自两处，一是电子元件本身，像是SiC(碳化矽)、GaN(氮化镓)等第三代半导体，本身虽然诉求可耐高温特色，不过设备内部也需能排除这些元件带来的高热。二是设备所处的环境，以车用电子为例，行驶中的汽车，其内部温度非常高，这些高温都会影响功率元件的运作，因此业者必须特别注意元件材料、制程工艺等环节。

对此，许钦淳建议业者可采用西门子的Simcenter平台，此平台可满足业者在设计、分析、测试与应用方面的需求，工程师除可借此分析产品结构的完整性、灰尘与湿度的影响、声学设计、电子效能的表现外，在散热分析方面更有其卓越之处。

西门子的Simcenter系列的平台众多，在热特性分析与量测方面，则有T3Ster、FIoTHERM、POWERTESTER、DynTIM & TeraLED、In-Line Tester、MicRed等。

其中Simcenter T3Ster是依据JEDEC国际规范进行量测，此平台可应用于二极管、晶体管、LED或大型逻辑IC的量测，其原理是利用功率转换获得半导体封装元件的热特性，进而产生模拟软件可用的热阻模型，或透过量测结果协助校准西门子Simcenter FIoTHERM、FLOEFD、FIoTHERM XT等模拟软件中的热模型。

POWERTESTER是结合功率循环与热特性分析的全自动量测平台，此平台主要是测试功率元件的热特性与可靠度，协助可靠度工程师利用功率循环，分析产品降级的原因。平台内有工作流程专用软件，工程师可透过不同测试方式、高精度监控、全自动化操作等特色优化工作效率、缩短总测试时间。

DynTIM & TeraLED中的DynTIM可控制界面材料的厚度，工程师参考ASTM5470并利用T3Ster技术进行量测。TeraLED则可在考虑光转换效率下的实际热阻，厘清电流、温度、热阻关系，透过全自动化操作，提升量测品质。

In-Line Tester为电子元件品质检测，可检测多种类型的半导体封装元件，其功能包括来料检验与验证、是别制造缺陷、全自动分检、简易操作系统，此平台可应用于生产在线，目前日、韩、中、英等科技大国均有导入等。

至于MicRed则是热测试解决方案，可分析各种电子元件内各层材料的热特性，强化产品设计及热分析能量，透过散热问题的解决，提升产品品质与可靠性，此平台的量测标准同时兼容JEDEC、IEC与美军测试标准。

在仿真数据管理平台部分，西门子数码工业软件资深顾问刘海藤指出，仿真模拟主要作为产品设计研发的验证，如果相关数据管理不当，将导致后续花费大量时间处理错误数据，对产品品质与开发时程都有极大伤害。

他进一步表示，电子业仿真的应用场景越来越多，像是电脑电源强制对流冷却、电子散热的液冷散热版、电池效能管理...等，仿真模拟软件的应用都越来越深。在这些应用场景中，电子设备业者往往面对几个问题，像是企业内不同仿真工具的整合、CAD数据的正确性、多种学科的仿真流程与其协同性、重用已完成的仿真模型。

对于上述问题，既有的仿真因不具备管理功能，导致工作效率不彰，根据劳斯莱斯航空引擎公司的报告，在此环境下，分析师会有30%的时间用于寻找或提供数据，另外32%时间用于讨论与会议，对此企业必须建立具有管理功能与流程化的仿真分析环境，西门子Teamcenter PLM则是目前市面上功能最完整的平台。

Teamcenter仿真数据管理平台内含八大功能模块，包括仿真需求定义、仿真专案管理、仿真BOM管理、仿真数据结构化、仿真优化流程、仿真多学科工具整合、仿真数据视觉化、仿真知识库，这些平台都可加以整合，像是前端的设计数据可以直接传送给仿真人员，仿真人员也可利用后端的设备进行实务验证，让仿真模型更精确。

精准管理仿真模拟数据

仿真模拟流程中，模型清理、网格划分、材料属性、边界条件、求解、后处理等各程序环环相扣，前端的CAD会影响到后面的CAE Define、CAE Results、CAE Include等模型，刘海藤指出，工程师可利用西门子的Teamcenter的功能了解每一环节的状况，当模型结果有误，就可追溯出哪一环节出错，进而快速导正问题，提升工作品质与效率。

刘海藤表示，新时代的仿真数据管理平台必须强化几大效能，在流程管理方面，可透过仿真任务的流程化与制度化，提升团队协同效率。结构管理部分，则是快速创建不同学科目的CAE 结构及重用仿真模型。

另外整合仿真工具并设计为可视化，将可优化协同效率及加强数据的正确性。最后是建立仿真知识库分享相关知识，加速新进人员学习时间。如果能完善建置上述仿真环境，企业将可保证仿真分析全过程的可信度、减少产品研发时间并提高效率，从而扩大竞争优势，从容面对未来挑战。