[Zurück]

A. Damberger:
"Entwicklung eines dreidimensionalen Darstellungswerkzeugs für die thermische Simulation elektronischer Bauelemente";
Betreuer/in(nen): G. Hanreich; Institut für Industrielle Elektronik und Materialwissenschaften, 2002.

Der thermischen Optimierung elektronischer Bauteile und Baugruppen kommt auf Grund der steigenden Verlustleistungsdichte eine immer größere Bedeutung zu. In diesem Zusammenhang kommt es vermehrt zum Einsatz von Computersimulation, um die zur thermischen Charakterisierung nötige Anzahl der Experimente zu reduzieren. Am Institut für Industrielle Elektronik und Materialwissenschaften wurde hierzu ein Simulationsprogramm (TRESCOM) entwickelt, welches speziell für die Berechnung thermischer Problemstellungen aus dem Gebiet des elektronischen Packagings konzipiert ist.
Diese Diplomarbeit erweitert das Simulationsprogramm um ein dreidimensionales Darstellungsmodul, welches eine einfache und übersichtliche Analyse-, Betrachtungs- und Präsentationsmöglichkeit bietet. Eine dreidimensionale Darstellung bedeutet natürlich auch, dass ein dargestelltes Objekt aus allen möglichen Blickwinkeln betrachtet werden kann. Aus diesem Grund wurden Algorithmen implementiert, die es ermöglichen, das Modell im Raum zu verschieben, zu vergrößern beziehungsweise zu verkleinern und um die Koordinatenachsen zu rotieren. Besonders wichtig war dabei die Festlegung auf einen bestimmten Aufbau der Modelle, um einerseits die Kompatibilität zu dem vorhandenen Programm TRESCOM zu gewährleisten und andererseits auch effiziente Algorithmen programmieren zu können. Deshalb fiel die Entscheidung auf einen zellenförmigen Aufbau auch im dreidimensionalen Fall, wobei jede Zelle einem Quader entspricht, der in seine sechs Seitenflächen zerlegt wird.
Da die in der Literatur erwähnten Sichtbarkeitsalgorithmen großteils auf Grund der hier vorliegenden meist hohen Knotenanzahl zu rechenaufwendig sind, wurde für diese Arbeit ein eigener Algorithmus entwickelt. Mit Hilfe des sogenannten Back-Face-Culling wird zuerst die Anzahl der zu zeichnenden Flächen vermindert, indem jene Flächen ausscheiden, deren Rückseite zum Betrachter weisen und somit nicht gezeichnet werden dürfen. Anschließend wird das Modell stets von hinten nach vorne aufgebaut, um verdeckte Flächen zu übermalen (Maler-Algorithmus).
Das dreidimensionale Modell wurde schließlich mit Hilfe der Zentralprojektion auf die Bildschirmoberfläche projiziert. Diese Methode liefert bei der richtigen Wahl der Parameter (zum Beispiel dem Abstand des Benutzers vom darzustellenden Objekt) einen realistischen dreidimensionalen Eindruck, ohne starke Verzerrungen zu verursachen.
Die meisten Bauelemente sind von einem schützenden Gehäuse umgeben. Um aber auch solche Bauteile oder Baugruppen detailliert betrachten zu können, bietet diese Software die Möglichkeit, bestimmte Materialien auszublenden.
Das fertige Darstellungsmodul wurde abschließend in TRESCOM integriert

Due to the increasing power loss density the thermal optimisation of electronic components and devices is very important. In order to reduce the number of experiments needed to characterise their thermal behaviour more and more simulation tools are used. At the Institute of Industrial Electronics and Material a thermal simulation tool (Trescom) has been developed recently for solving thermal problems in electronic packaging.
The goal of this diploma thesis is to extend the simulation tool with a three dimensional presentation tool in order to improve the possibilities of better analysis, inspection and presentation of the thermal behaviour and thermal characteristics. Special algorithms to translate, rotate and scale (zoom in or zoom out) the presented model in space have been implemented.
Very important was the predefinition of the structure of the models to be compatible to Trescom on one hand and to be able to program very efficient algorithms on the other. In order to meet this conditions the structure is cellular where each cell conforms to a cuboid.
In the literature a lot of different algorithms for visibility is mentioned, but they are all too complex and need too much of compute time in the case of Trescom since Trescom is able to process a very high node number. For this reason it was necessary to develop a special algorithm for the visibility problem. First the number of surfaces to draw are reduced with the method called "Back Face Culling" where each surface that turns it´s "Back Face" towards the viewer has to be cut out. Then the model has to be drawn always from back to front, so that every covered surface (covered by another surface or object) is painted over (painter-algorithm).
Most electronic components have a protecting casing. In order to study such components and devices in detail it is possible to blind out any material. Each material is assigned to a definite colour.
Finally the described presentation tool was integrated into Trescom and successfully applied to study the thermal behaviour of power MOSFET assemblies.