Texas Instruments setzt thermische Simulation ein, um Markteinführung einer Festplatte zu beschleunigen


September 2005

Mit Unterstützung der Ingenieure von Texas Instruments (TI) konnte ein Hersteller von Festplatten sein Produkt sechs Monate früher auf den Markt bringen. Sie nutzten hierzu die thermische Simulation, um Probleme schon vor dem Bau erster Prototypen zu lösen. Die potenziellen thermischen Probleme hingen mit einem Integrierten Schaltkreis (IC) für eine Bremse zusammen, der eine Leistungsaufnahme von 9 Watt hatte. Die Aufgabe bestand darin, die Konstruktion so zu optimieren, dass die Wärme zur Leiterplatte abgeführt und von dort aus möglichst vollständig zum Chassis geleitet wurde. „Mit herkömmlichen Entwicklungsmethoden und dem Umweg über Prototypen hätte es wahrscheinlich ein Jahr gedauert, eine Lösung zu finden, bei der die Sperrschichttemperaturen innerhalb der Spezifikation gelegen hätten", erklärte hierzu Frank Mortan, Ingenieur für Bauteiledesign bei TI. "Stattdessen haben wir, lange vor dem Prototypenstadium, damit begonnen, alternative Lösungen für die Leiterplatte zu simulieren, und waren so in der Lage, die Konstruktion unter thermischen Gesichtspunkten in nur sechs Monaten zu optimieren."

Der Ansatz, den man bei TI verfolgt, um die Kunden bei der thermischen Entwicklung zu unterstützen, stützt sich weitgehend auf die thermische Simulation zur Untersuchung einer größeren Anzahl alternativer Konfigurationen mit Hilfe von Software statt Prototypen. In diesem Fall hatte der Kunde TI schon im frühen Stadium der Entwicklung hinzugezogen. Bei TI erkannte man ein potenzielles Problem und bot Hilfe zur Lösung an. Mortan und Sandra Horton, ebenfalls Ingenieurin für Bauteiledesign bei TI, erstellten ein Modell des Produkts ihres Kunden mit FloTHERM, der Umgebung für thermische Simulationen von Flomerics. Auf der „FloTHERM.PACK"-Website (www.flopack.com) erzeugten sie ein detailliertes thermisches Modell für Die, Gehäuse und Leiterplatte. Statt die gesamte Geometrie manuell zu programmieren brauchten sie hier nur einige einfache Parameter einzugeben, um die einzelnen Bestandteile zu beschreiben. Anschließend erzeugte die Website automatisch die Komponenten des Modells, aus denen dann in FloTHERM ein detailliertes Gesamtmodell des Systems zusammengestellt werden konnte. „Mit diesem Ansatz konnten wir in nur einem Tag ein Modell eines komplexen elektronischen Systems mit hoher Genauigkeit schaffen und die Kühlleistung vorhersagen", sagte Mortan.

Nach einer langen Reihe von Iterationen über mehrere Monate waren Mortan und Horton überzeugt, das System optimiert zu haben. Sie ließen Prototypen bauen und konnten daran bestätigen, dass ihr Entwurf gut innerhalb der thermischen Spezifikationen lag. Während das Modell für das Silizium eine Temperatur von 125 °C vorhergesagt hatte, lag der gemessene Wert bei 121 °C. Damit wich das Modell nur 4 °C oder 3,2 % vom tatsächlichen Wert ab. „Unser Kunde war sehr zufrieden, als er die Ergebnisse sah", so Mortan. „Sie waren froh, dass wir potenzielle thermische Probleme schon im Vorfeld gelöst hatten, während die Elektronik sich noch in der Entwicklung befand, bevor sie erst im Prototypenstadium aufgefallen wären. Ich bin überzeugt, dass das Produkt den Markt sechs Monate früher erreicht hat.

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