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熱応力分布シミュレーションとは？課題と対策・製品を解説
評価・分析・検査における熱応力分布シミュレーションとは？
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評価・分析・検査における熱応力分布シミュレーション
評価・分析・検査における熱応力分布シミュレーションとは？
パワーデバイスやパワーモジュールは、動作中に発生する熱によって温度が上昇し、それに伴って材料内部に応力が発生します。この熱応力分布シミュレーションは、デバイスの設計段階や評価・分析・検査プロセスにおいて、温度変化による応力の発生状況を仮想的に再現し、その分布を可視化・定量化する技術です。これにより、デバイスの信頼性や耐久性を予測し、故障の原因究明や設計改善に役立てることができます。
課題
実機評価の限界
実機での熱応力評価は、測定箇所が限定され、微細な応力分布や過渡的な変化の把握が困難です。また、破壊的な試験はデバイスを損傷させるため、繰り返し評価ができません。
設計初期段階でのリスク予測不足
設計初期段階で熱応力による潜在的な問題を予測できず、後工程での手戻りや信頼性問題の発生リスクが高まります。
故障解析の複雑化
実機で発生した故障の原因を特定する際、熱応力が関与している場合、その影響度合いを正確に把握することが難しく、解析に時間を要します。
開発コストとリードタイムの増大
試作・評価の繰り返しや、予期せぬ信頼性問題への対応により、開発コストが増加し、製品投入までのリードタ イムが長期化します。
対策
仮想的な熱応力解析
数値解析ソフトウェアを用いて、デバイスの構造、材料特性、熱負荷条件を入力し、仮想的に熱応力分布を計算・可視化します。
設計最適化の早期実施
設計初期段階からシミュレーションを活用し、熱応力集中箇所や潜在的な弱点を早期に特定し、設計変更による最適化を行います。
故障メカニズムの解明支援
故障発生時の熱応力分布をシミュレーションすることで、破壊に至るメカニズムを詳細に分析し、根本原因の特定を支援します。
開発プロセスの効率化
シミュレーションによる事前評価を強化することで、試作・実機評価の回数を削減し、開発コストとリードタイムの短縮を図ります。
対策に役立つ製品例
汎用構造解析ソフトウェア
熱伝導解析と構造解析を連携させ、温度分布から発生する熱応力を計算・可視化する機能を提供し、熱応力分布の把握を可能にします。
熱応力解析特化型モジュール
特定のパワーデバイス構造や材料モデルに対応し、より高精度かつ効率的な熱応力分布のシミュレーションを実現します。
設計・解析統合システム
CADデータから解析モデルの生成、シミュレーション実行、結果の可視化までを一貫して行える環境を提供し、開発プロセス全体の効率化を支援します。
受託解析サービス
専門知識を持つエンジニアが、顧客の要望に応じた熱応力分布シミュレーションを実施し、解析結果の提供や改善提案を行います。
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