최근 국제 전력 전자 산업의 주요 저널 인 Bodo 's Power System은 배트맨 토토 Technology의 Swiss Spidesidiary Swisssem의 부사장 인 Raffael이 공동으로 발표 한 기술 기사 "3D 본드 와이어 모델링 및 IGBT 모듈 개발을 가속화하기위한 전자기 모듈 개발"을 발표했습니다

이 기사는 최신 MFIS 와이어 소프트웨어 도구를 사용하여 전자기 모듈 설계 속도를 높이고 최고 칩 성능과 최대 내구성을 달성하는 데 중점을 둡니다

Swisssem은 배트맨 토토 Technology의 신흥 과학 연구 회사로서 단기간에 고품질로 최초의 제품을 시장에 가져 오는 것이 중요합니다 목표는 최신 개발 된 IGBT I20 Generation 제품의 장점을 완전히 활용하기 위해 최신 일관성을 갖춘 모듈을 시작하는 것입니다

3D CAD를 사용하여 본드 라인 레이아웃 생성

오늘날의 3D CAD 시스템은 이미 전력 모듈 개발을위한 가상 프로토 타입을 구축하고 필요한 제품 문서를 출력하는 데 잘 작동하지만 3D 모델은 종종 채권 라인 모델링을 지원하지 않습니다 일부 아크와 라인을 사용하여 단일 본드 라인을 모델링 할 수 있지만, 본드 라인이 일반적으로 다른 모양이기 때문에 전체 본드 라인 레이아웃을 모델링하는 데 시간이 걸립니다 이 차이를 메우기 위해 MFIS GMBH는 2020 년에 첫 번째 버전의 MFIS 와이어 소프트웨어 버전을 출시하여 전력 전자 포장을위한 엔지니어링 서비스 및 도구를 제공합니다 MFIS 와이어 소프트웨어는 사용자 인터페이스 친화적 인 (그림 1과 같이)를 가지고 있으며 웨지, 리본 및 구형 본딩 라인의 3D를 모델링하는 데 더 빠릅니다 본딩 라인은 와이어의 시작점 및 종료점을 선택하고 루프 모양 및 발 회전을 대화식으로 정의함으로써 그려집니다 많은 CAD 명령 (예 : 복사, 이동, 미러, 어레이)을 사용하여 하나 이상의 선택된 본드 라인 또는 본드 포인트를 수정하여 채권 라인 행의 간격을 조정하는 데 사용될 수 있습니다

그림 1 : MFIS 와이어 소프트웨어 : ED 전원 모듈을 스케치하기위한 본드 와이어 레이아웃

이 소프트웨어는 강력하고 저렴한 Rhino3D CAD 플랫폼을위한 플러그인으로 사용할 수 있습니다 본드 라인 레이아웃 생성에는 CAD 모델링의 기본 기술 만 필요합니다 워크 플로를 소개하는 간단한 교육 비디오는 사용자가 짧은 시간 안에 첫 번째 와이어 레이아웃을 만들도록 안내 할 수 있습니다 3D 모델이 완료되면 많은 산업 표준 CAD 형식으로 내보내거나 본드 포인트 좌표가있는 2D 도면으로 변환 할 수 있습니다 Rhino3d의 강력한 렌더링 기능을 사용하면 사용자는 전원 모듈 레이아웃의 현실적인 이미지를 쉽게 만들 수 있습니다 (아래 그림 4와 같이)

기하학적 최적화는 기생 매개 변수의 빠른 추출을 실현합니다

3D 본드 와이어 레이아웃 지오메트리는 다음과 같은 기능을 실현할 수 있습니다 문서 기록, 전기 제열 결합 유한 요소 분석, 기생 파라미터 추출 대상 목적에 따라 다른 와이어 단면 형상을 선택해야합니다 문서 목적으로 원형 단면은 가장 자연스럽고 파일도 가장 작습니다

전기 심상 커플 링 유한 요소 분석의 경우, 도체의 단면 영역이 매우 중요합니다 최선의 선택은 원래 도체와 동일한 단면 영역을 갖는 삼각형 단면으로,이 지오메트리 하에서 메쉬 및 계산에 매우 효율적이며 결합 선 온도 및 저항의 유한 요소 분석 결과에 영향을 미치지 않습니다

기생 파라미터 추출의 경우 단면 모양도 중요합니다 원형 단면이 사용되는 경우 기생충 매개 변수 추출기의 메쉬는 여러 유한 요소에 의해 원을 근사합니다 일반적으로 입력 지오메트리가 근사화되면 계산 시간과 정밀 사이의 더 나은 균형을 얻을 수 있습니다 육각형 와이어 단면을 사용하여 좋은 결과를 얻을 수 있습니다

우리는 ED- 타입 모듈에 대한 와이어 본딩 기하학적 모델링 및 기생 파라미터 추출을 수행했으며, 본딩 와이어 레이아웃은 165 개의 와이어로 구성되며, 그 중 다수는 자체 모양이 있습니다 661 포인트를 연결할 수있는 와이어 레이아웃을 만든 후 전선을 원형 및 육각형 단면으로 변형으로 내보내고 기생 매개 변수 추출기 Q3D를 따랐습니다 그림 2는 변이체의 메쉬 차이를 원형 및 육각형 단면과 비교합니다 원형 단면을 갖는 결합 라인의 경우, 메쉬 디바이더는 많은 삼각형 유닛을 사용하여 원을 근사화하는데, 이는 더 현실적인 효과가 있지만 수렴하는 데 55 시간이 걸리는 반면, 육각형 단면이있는 기하학적 인물의 경우 수렴하는 데 71 분 밖에 걸리지 않습니다 마찬가지로, 원형 와이어의 223GB 메모리 소비는 또한 114GB의 6 각형 와이어보다 훨씬 높다 그러나 계산 된 모듈 자체 형성 차이는 01%에 불과합니다

그림 2 : ANSYS Q3D를 기반으로 원형 및 육각형 단면을 갖는 메쉬 결합 선 결과

ed모델 모듈 설계 최적화

신흥 회사로서 Swisssem Technologies AG는 단기간에 고품질로 최초의 제품을 시장에 출시하는 것이 중요합니다 우수한 장치 성능의 경우 전자기 및 열 최적화가 중요합니다 산업 표준 17mm 높이, 62 x 152mm ED IGBT 모듈은 긴 설계를 통해 IGBT 간의 내부 공유에 특별한 도전을 제공합니다 대부분의 고전적인 레이아웃은 칩 사이의 현재 불균형에 직면하고 있으며, 우리의 목표는 최신 IGBT I20 세대를 활용하기 위해 최신 일관성을 가진 모듈을 도입하는 것입니다

그림 3 : 다양한 레이아웃과 열 참조의 현재 공유 효과 비교

MFIS 와이어 소프트웨어를 사용하면 결합 된 와이어 레이아웃의 변형을 포함하여 다양한 설계 변형을 빠르게 생성 할 수 있습니다 이를 통해 Q3D의 변형의 전자기 커플 링을 시뮬레이션하고 Simetrix Spice 시뮬레이터를 사용하여 Q3D에 의해 추출 된 회로 모델의 스위치 시뮬레이션을 수행합니다 이러한 시뮬레이션은 장치와 내부 커플 링을 더 잘 이해하기위한 기초입니다 특히 MM 수준의 와이어 위치 및 모양의 약간의 변화가 위의 커플 링에 중대한 영향을 미치는 경우에 특히 그렇습니다 따라서 Q3D에서 본딩 와이어 도구를 사용하여 단순화 된 형상을 얻는 효과는 매우 제한적입니다 열전달 시뮬레이션과 결합하여 최적화 된 레이아웃을 달성 할 수 있습니다 열 저항 관점에서 볼 때 칩 위치의 두 변형은 동일한 RTH를 얻습니다 그러나 "올바른 레이아웃"은 특히 IGBT#3 (그림 3에 표시된 것처럼)의 경우 현재 공유 성능을 "클래식 레이아웃"보다 향상시킵니다 최종 레이아웃 최적화의 경우 IGBT#3의 게이트 위치를 회전시키고 기본 이미 터 라인 및 게이트 라인의 레이아웃을 최적화합니다 (그림 4와 같이) 결과적으로 현재의 불균형은 "클래식 레이아웃"의 30%에서 "최적화 된 직선 레이아웃"의 17%로 감소합니다 이는 IGBT의로드 밸런싱을 내부적으로 개선하고 동시에 IGBT 칩의 안전한 작업 공간의 활용을 향상시키는 데 중요합니다

그림 4 : 직선 레이아웃 (왼쪽), 최적화 직선 레이아웃 (오른쪽)

결론

열 및 전자기 시뮬레이션을위한 오늘날의 시뮬레이션 도구는 매우 강력하여 개발 시간을 크게 단축하고 IGBT 모듈의 설계 품질을 크게 향상시킬 수 있습니다 그러나 최상의 결과를 얻으려면 유한 요소 시뮬레이션 입력은 가능한 한 정확해야하며 최종 실제 제품의 설계를 반영해야합니다 특히 와이어 본딩과 같은 복잡한 세부 사항의 경우, CAD 모델링은 번거롭고 복잡하며, 언뜻보기에는 단순한 단순화가 매우 유리합니다 그러나 결과의 정확성은 단순화에 의해 영향을 받고 시뮬레이션 도구의 모든 잠재력은 완전히 활용되지 않습니다

MFIS 와이어 소프트웨어를 사용하면 본드 와이어 레이아웃을위한 복잡한 3D 기하학적 모델을 생성 할 시간이 크게 단축 될 수 있습니다 기생 파라미터 추출기의 입력 형상에서 육각형 와이어 단면을 사용하면 계산 속도를 4 배 증가시킬 수 있으며, 이는 한 일 일에 여러 레이아웃 변형에 대한 연구를 달성하는 데 도움이됩니다 Swisssem에 의해 채택 된이 접근법은 ED- 타입 모듈의 내부 전류 공유 성능이 기존 설계 방법의 거의 두 배나 높을 수있게합니다

기사 주소 :https : //wwwswiss-semcom/creating-bond-wire-layouts-using-3d-cad