Elektroniczne urządzenia mocy - MOSFET-y, diody, tranzystory SiC oraz IGBT - są używane wszędzie tam gdzie mamy do czynienia z przetwarzaniem lub kontrolowaniem energii elektrycznej.

Przykładowe aplikacje to:

• Turbiny wiatrowe
• Trakcja szynowa
• Inwertery dla fotowoltaiki
• UPS-y
• Sterowanie napędami pojazdów HV/HEV, oraz ładowarki akumulatorów
• Moduły mocy sterujące silnikami

Wyzwaniem dla producentów oraz aplikacji, gdzie są one stosowane jest konsekwentny w czasie wzrost poziomu maksymalnych obciążeń przy dążeniu do zachowania niezawodności. Producenci w ramach ciągłej innowacyjności wprowadzają ciągle nowe ulepszone technologie, takie jak:

• bezpośrednim łączenie do podłoża miedzianego co poprawia współczynnik przewodzenia ciepła
• łączenie za pomocą taśmy, która zastępuje cienkie druty połączeniowe
• bezlutowe połączenia chipu z podłożem w celu zwiększenia żywotnosci pod kątem ilości cykli power on-off

Efektem stosowania nowych podłoży jest obniżenie temperatury pracy, taśmy mogą wytrzymywać większe prądy, a bezlutowe połączenia struktur mogą być ze spieków srebra o bardzo niskiej oporności termicznej. Wszystkie te metody przyczyniły się do polepszenia właściwości termicznych. Jednak w praktycznych aplikacjach wiele innych czynników wpływa na termiczne i termomechaniczne naprężenia, które potęgowane olbrzymimi ilościami cykli zasilań (power on-off) prowadzą do problemów. Nalezą do nich:

• degradacja połączeń
• zmęczenie materiału połączeniowego struktury
• delaminacja warstw stackup-u podłoża
• pęknięcie podłoża lub samej struktury

Specyfika zastosowań oraz charakter pracy tych urządzeń powoduje, że niezawodność jest kluczowa dla samej istoty i sensu ich stosowania. Np. w turbinach wiatrowych umieszczonych na morzach lub oceanach, matrycach solarnych na satelitach gdzie serwis jest bardzo drogi lub wręcz nie ma takiej możliwości. W pojazdach elektrycznych i hybrydowych zakłada się okres 15-20 lat bez wymiany modułów mocy. Urządzenia inwerterowe często umieszcza się w szczelnych obudowach ze względu na warunki pracy oraz bez aktywnych układów chłodzących.

Jednym z pytań staje się, jak mogą zostać przetestowane na spodziewany okres niezawodności bez umieszczania ich w testowych środowiskach na lata?

Wiele możliwości w określaniu niezawodności oraz wsparciu procesu projektowania w kierunku świadomego wpływu na jej kształtowanie daje oprogramowanie. Dokładne przewidywanie temperatury jest kluczowe dla zrozumienia niezawodności urządzeń elektronicznych podczas użytkowania w różnych warunkach. Ważnym elementem jest możliwość symulacji cykli związanych z zasilaniem (power on-off), a np. dla pojazdów elektrycznych całych cykli jazd. Symulacja stanów nieustalonych zatem może stanowić tu szczególne wyzwanie.

Oprogramowanie Simcenter FloEFD oraz Simcenter FloTHERM z portfolio Siemens Digital Industries Software jest w stanie wyodrębnić model BCI-ROM (Boundary Condition Independent - Reduced Order Model). Utrzymuje on przewidywalną dokładność we wszystkich sytuacjach, można za jego pomocą rozwiązać zadania o rzędy wielkości szybciej, zapewniając olbrzymi wzrost produktywności. . Metoda ta zapewnia alternatywę w stosunku do dynamicznych kompaktowych modeli termicznych opartych na termicznych układach R i C. Symulują one zwykle obudowy jako pojedyńcze źródła energii. Technologia BCI-ROM umożliwia rozwiązanie problemu przewodnictwa liniowego z dowolną liczbą źródeł ciepła z taką samą dokładnością, jak w przypadku pełnego 3D modelu przewodnictwa do 40 000 razy szybciej.

Technologia modelowania BCI-ROM zapewnia również odpowiednie dane dla innych środowisk symulacyjnych. Modele ROM w postaci tablic mogą być używane w MathWorks MATLAB lub w Octave na licencji GNU. A w przypadku analizy stanów stabilnych nawet w Microsoft Excel. Modele te są również wspierane poprzez modele SPICE dla elektro-termicznych symulacji w SystemVison Cloud Mentor Graphics.

Zastosowanie technologii dotyczy: