Herr Weis, Ihr Unternehmen produziert unter anderem Powermodule. Wie helfen Ihnen Simulationen in dem Bereich?

Powermodule müssen eine hohe Leistung verarbeiten. Die Komponenten, die dort in der Leiterplatte eingebettet sind, erzeugen hohe Verlustleistungen – oft von 100 Watt oder mehr. Da stellt sich die Frage: Wo gibt es Probleme? Ich will unter anderem wissen, wo die Wärme hängenbleibt und was passiert, wenn ich das Modul elektrisch isoliere. Wir simulieren diese Szenarien in den Bereichen Elektrik, Thermik und Mechanik, um sicherzustellen, dass das Design den gewünschten thermischen und elektrischen Anforderungen entspricht. 

Unsere Technologie ermöglicht es, Bauteile während der Produktion direkt in die Leiterplatte einzubetten, was eine genauere Analyse und bessere Wärmeführung ermöglicht. Das Modell durchläuft dann mehrere Iterationen: Wir integrieren die Simulationsergebnisse, optimieren das Design und prüfen die Auswirkungen auf die Performance, sowohl elektrisch als auch thermisch. Das Ganze wird dann in eine Hardware-in-the-Loop-Simulation überführt, um das Design zu validieren. Ziel ist es, in Zukunft künstliche Intelligenz zu nutzen, um diesen Prozess noch weiter zu automatisieren und zu optimieren – eine enorme Hilfe für uns und unseren Kunden.

Welche Rolle spielt Simulation generell in Ihrem Entwicklungsprozess?

Inzwischen wird nahezu jedes Bauteil mit neuer Teilnummer simuliert, sei es elektrisch, thermisch oder mechanisch. Wir beschäftigen uns nicht nur mit Leiterplatten, sondern auch mit sogenannten IC-Substraten, die bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen – Integrated Circuits – verwendet werden. Diese Integrated Circuits sind enorm komplex: Auf einer Fläche von 30 mal 30 Millimetern können sie bis zu 800.000 Bohrungen aufweisen. Das kann natürlich strukturmechanische Probleme auslösen – wie Verzug, Verwölbung und Verwindung. 

Simulation hilft uns, diese Probleme vorherzusehen. Außerdem können wir dem Kunden auf dieser Basis Feedback geben, wenn er etwa mit einem anderen Design oder einem anderen Material eine bessere Performance erhalten würde. Die Simulation findet dabei nicht nur auf der Design-Ebene statt, sondern auch auf Prozess-Ebene. Wir arbeiten mit der Forschungsabteilung zusammen, um die Prozesssimulationen weiterzuentwickeln, insbesondere im Bereich der chemischen Lösungen und Fluidlösers.

Wo liegen die größten Herausforderungen in Ihrem Arbeitsbereich?

Die größte Herausforderung ist, dass Kunden uns oft zu spät einbinden. Wenn wir bei der Simulation sehen, dass etwas nicht optimal funktioniert, kann das Probleme nach sich ziehen. Wir stellen meist ein Einzelteil aus einem Gesamtsystem her. Wenn Sie daran nur eine Kleinigkeit ändern, müssen die anderen Teile des Systems auch angepasst werden. 

Welche Rolle spielen elektromagnetische Simulationen und andere Disziplinen in Ihrem Entwicklungsprozess?

Bei AT & S konzentrieren wir uns zunächst auf die elektrische Simulation, da diese für die Funktionalität der Bauteile entscheidend ist. Im nächsten Schritt kommt die elektrothermische Simulation, um die Wärmeabfuhr und den thermischen Widerstand zu überprüfen. Besonders bei Powermodulen ist es wichtig, die Verlustwärme effizient abzuleiten, um die Lebensdauer der Bauteile zu verlängern. Die thermische Spreizung, also wie gut Wärme zwischen den Bauteilen übertragen wird, ist hier ein entscheidender Faktor. Danach folgt die mechanische Simulation, um strukturelle Probleme wie Verzug oder Verwindung zu identifizieren.

Dieser Prozess ist ein iterativer: Wir optimieren die verschiedenen Simulationen, um die bestmögliche Leistung zu erzielen. Es kann jedoch auch vorkommen, dass eine Änderung in einem Bereich (z.B. der mechanischen Simulation) die Ergebnisse in anderen Bereichen (z.B. der elektrischen oder thermischen Simulation) beeinflusst. In diesem Fall ist es wichtig, den gesamten Prozess zu betrachten und gegebenenfalls den besten Kompromiss zu finden.

Welche Trends sehen Sie für die Zukunft der Leiterplattentechnologie und Simulation?

Der große Trend ist ganz klar die künstliche Intelligenz. Damit steht und fällt alles. Künstliche Intelligenz wird unter anderem die Chips etwas größer machen. Das IC-Substrat wird auf 100 mal 100 Millimeter, vielleicht sogar mehr anwachsen. Auf der anderen Seite setzt man immer mehr auf Miniaturisierung, alles muss kleiner werden. Gleichzeitig geht es definitiv in die Richtung, mehr Rechenleistung haben zu wollen. 

Dies bedeutet, dass wir noch mehr Anstrengungen in die elektrothermische und mechanische Simulation investieren müssen, um neue Herausforderungen zu bewältigen. Unsere Vision ist es, durch die Kombination aus innovativen Technologien und fortschrittlichen Simulationstechniken weiterhin führend in der Leiterplattenentwicklung zu bleiben.

Vielen Dank für das Gespräch, Herr Weis.