在當今的汽車工業(yè)中，車規(guī)級功率半導體的使用越來越廣泛，它在汽車電子控制系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。然而，由于功率密度較高，車規(guī)級功率半導體在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱量，如果熱量無法得到有效的處理，會導致功率半導體器件的性能下降，從而影響汽車的性能和安全。同時，產(chǎn)品迭代速度加快的需求使得留給工程師的設計周期越來越短，對散熱設計提出嚴峻挑戰(zhàn)。因此，越來越多企業(yè)采用熱仿真和熱測試這兩種有效的手段來降低成本、加速研發(fā)，提升功率器件的熱性能可靠性。

01 熱仿真

熱仿真軟件，例如Simcenter Flotherm Flexx、Simcenter FloEFD等，可以幫助工程師更好地理解車規(guī)級功率半導體器件的熱管理問題。通過熱仿真，我們可以得到功率半導體器件在不同工作條件下的溫度分布情況，從而為設計師提供設計參考。熱仿真還可以幫助我們優(yōu)化功率半導體器件的散熱方案，以確保其在工作過程中能夠有效地散熱，避免溫度過高，從而提高汽車的性能和安全性。

Simcenter Flotherm Flexx:專業(yè)的電子散熱仿真軟件

Simcenter Flotherm Flexx是Flotherm產(chǎn)品和Flotherm XT產(chǎn)品的組合。

作為一款專門針對電子器件/設備熱設計而開發(fā)的仿真軟件，F(xiàn)loTHERM可以實現(xiàn)從元器件級、PCB板和模塊級、系統(tǒng)整機級到環(huán)境級的熱分析。FloTHERM軟件自1989 年推出以來就一直居于市場主要地位（市場占有率高達70%）并主導著該行業(yè)的技術發(fā)展。

FloTHERMxt是西門子工業(yè)軟件旗下專業(yè)的電子散熱仿真軟件，能覆蓋從元件級、板級、系統(tǒng)級到環(huán)境級的全尺度熱仿真分析。FloTHERMxt在繼承了FloTHERM專業(yè)電子行業(yè)數(shù)據(jù)庫等優(yōu)勢的基礎上，極大增強了對于復雜曲面、不規(guī)則模型的幾何處理能力，使之成為業(yè)內(nèi)廣泛使用的專業(yè)熱仿真工具。

Simcenter FloEFD: 嵌入CAD環(huán)境的工程化流體及傳熱分析軟件

FloEFD是西門子工業(yè)軟件旗下，無縫嵌入主流三維CAD軟件中的高度工程化面向全行業(yè)的通用CFD流體傳熱分析軟件。FloEFD起源于1980年代的蘇聯(lián)航空航天工業(yè)，由莫斯科物理技術學院（MIPT）的專家開發(fā)，求解器算法結合了經(jīng)典數(shù)值分析模型和特殊的工程經(jīng)驗，在不犧牲準確度的前提下提供快速和便捷的求解方案。

FloEFD完全支持直接導入Creo, CATIA V5, Solidworks, NX等所有主流三維CAD模型, 并可以導入Parasolid, IGES, STEP, STL,等格式的模型文件。

# Simcenter仿真軟件在車規(guī)級功率器件的典型應用

具備專門針對電動汽車的專業(yè)組合功能模塊 Electrical Vehicle Module

Electronics Cooling 電子散熱模塊

Power Electrification 動力電池模塊

EMAG 電磁仿真模塊

Structural 結構力學仿真模塊

車規(guī)HPD模塊功率循環(huán)瞬態(tài)仿真（秒級）

車規(guī)平底模塊功率循環(huán)瞬態(tài)仿真

車規(guī)IGBT模塊熱-結構耦合仿真

02 熱測試

通過熱測試硬件，例如Simcenter POWERTESTER、T3STER等，可以幫助研究人員進行器件溫度測量和分析，獲得準確而豐富的熱特性數(shù)據(jù)，可靠性數(shù)據(jù)等，準確地準確評估功率器件的熱特性和散熱能力，及時有效地為產(chǎn)品研發(fā)和改進提供數(shù)據(jù)支撐。對器件進行熱測試，將有效地提高產(chǎn)品質量，大幅度縮短測試時間，加速產(chǎn)品研發(fā)進程。

Simcenter POWERTESTER: 功率循環(huán)及熱測試平臺

Simcenter POWERTESTER具備先進的測試理念：同一個測試平臺可以同時進行功率循環(huán)和熱測試，任何與老化降級相關的熱效應都可以在不移動待測器件的情況下通過結構函數(shù)在線監(jiān)測，與傳統(tǒng)的老練設備相比更加節(jié)省時間，能獲得完整的失效數(shù)據(jù)。測試范圍廣，可測試MOSFET, IGBT以及二極管等器見。Simcenter POWERTESTER可預估器件壽命，幫助用戶獲得功率電子器件在真實應用條件下的使用壽命。

# Simcenter POWERTESTER在車規(guī)級功率器件熱測試的典型應用

電動汽車用IGBT壽命預估：

壽命預估流程, 測試壽命曲線中的數(shù)據(jù)點并估算壽命

Simcenter T3STER:半導體熱特性熱測試儀

T3STER：熱瞬態(tài)測試儀，是半導體熱特性熱測試儀器，可用于測試半導體分立器件及模塊的結溫、穩(wěn)態(tài)熱阻、瞬態(tài)熱阻，同時可用于測試IC、SoC、SIP、 散熱器、熱管等的熱特性。T3STER兼具JESD51-1定義的靜態(tài)測試法（Static Mode）與動態(tài)測試法（Dynamic Mode），能夠實時采集器件 瞬態(tài)溫度響應曲線（包括升溫曲線與降溫曲線），瞬態(tài)采樣時間分辨率高達1微秒，測試延遲時間高達1微 秒，結溫分辨率高達0.006℃。

# Simcenter T3Ster典型應用：利用T3Ster研究MOSFET器件

英飛凌利用T3Ster,按照JESD51-14測試其MOSFET器件的結殼熱阻

產(chǎn)品型號：SPP80N06S2L-11 TO 封裝

測試結果:

器件在兩種不同的散熱環(huán)境下結溫隨著時間的變化曲線

器件在兩種不同的散熱環(huán)境下的微分結構函數(shù)

英飛凌是T3Ster的戰(zhàn)略合作伙伴，共同制定了全新的結殼熱阻測試標準JESD51-14。通過T3Ster，不僅可以測試器件的結殼熱阻，還可以通過結構函數(shù)分析器件熱流傳導路徑上各層結構的熱阻值。

熱仿真與熱測試相結合

Simcenter Flotherm Flexx / FLOEFD 導入瞬態(tài)熱阻測試儀T3Ster的測試數(shù)據(jù)，通過對Structure Fuction結構函數(shù)曲線的對比擬合，可以精確地校準初始仿真模型。

經(jīng)過校準的器件熱模型，不僅結構尺寸信息準確，同時也能更加精確的描述器件的瞬態(tài)熱特性。

校準流程