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Berechnung des Dünnschichtwiderstandes mit EMS

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Magnetostriction Modeling of Transformer's Noise
Thursday, December 16, 2021
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Gebrauchte Werkzeuge:

Dünnschichtwiderstand

Dünnfilmwiderstände bestehen aus einem im Vakuum abgeschiedenen homogenen metallischen Dünnfilm auf einem isolierenden Substrat. Sie haben einen gleichmäßigen Elektronenfluss, einen kleinen Temperaturkoeffizienten des Widerstands und eignen sich gut für hochpräzise Anwendungen.


Dünnschichtwiderstand
Abbildung 1 - Dünnschichtwiderstand

Dünnschicht-Widerstandsmodell

In diesem Beispiel werden EMS und SOLIDOWRKS verwendet, um einen Dünnschichtwiderstand zu modellieren und zu simulieren. Die Abbildungen 2 und 3 zeigen die geometrischen Parameter und das 3D-Modell des simulierten Widerstands.

Modellabmessungen

Abbildung 2 - Modellabmessungen


3D-Modell des Dünnschichtwiderstands

Abbildung 3 - 3D-Modell des Dünnschichtwiderstands

Simulation der elektrischen Leitung in EMS

Das elektrische Leitungsmodul wird hauptsächlich zur Berechnung des Stromflusses in Leitern aufgrund von Spannungsunterschieden verwendet. Die von diesem Modul erzeugten Ergebnisse sind elektrostatisches Potential, elektrostatisches Feld, Stromdichte, Durchschlagspannung und Widerstand. Das Electric Conduction-Modul kann an Wärme- und Bewegungsanalysen gekoppelt werden und hilft bei der Lösung einer Vielzahl von Problemen und deckt mehrere Anwendungen ab.

Das elektrische Leitungsmodul wird in diesem Beispiel verwendet, um den Widerstand im EMS zu berechnen. Der Widerstand wird zwischen zwei Punkten als Verhältnis von Spannung und Strom definiert. Daher muss der Benutzer die Eingangs- und Ausgangsports für den Widerstandssatz angeben. Der Eingangsanschluss ist der Ort, an dem der Strom in den Widerstand fließt, und der Ausgangsanschluss ist der Ort, an dem der Strom austritt. EMS berechnet automatisch die Spannungsdifferenz zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen sowie den durch den Widerstandssatz fließenden Strom. Aus dem Strom und der Spannung wird der Widerstand abgeleitet.

Simulations-Setup

Diese vier Schritte sollten befolgt werden, um eine elektrische Leitfähigkeitssimulation in EMS durchzuführen.

  1. Erstellen Sie eine neue elektrische Leitfähigkeitsstudie

  2. Tragen Sie geeignete Materialien auf die Teile auf

  3. Geeignete Last und Zurückhaltung anwenden

  4. Vernetzen Sie die Simulation und führen Sie sie aus

Materialien

In diesem Fall besteht der Dünnfilmwiderstand aus einem metallischen Material mit einer Leitfähigkeit von 2e + 7 S/m.

Belastungsbeschränkungen

Die folgende Abbildung zeigt die Flächen, an denen die festen Spannungen angelegt werden. Ihr Wert beträgt 0,001 V auf der linken Seite und -0,001 auf der rechten Seite. Widerstandssätze werden auch auf denselben Flächen angewendet.


Glanzlichter von Flächen, an denen feste Spannungen und Widerstände anliegen
Abbildung 4 - Hervorhebungen von Flächen, an denen feste Spannungen und Widerstände angelegt werden

Gittergewebe

Mesh ist für alle FEM- Simulationen von entscheidender Bedeutung. Die Ergebnisgenauigkeit und die Lösungszeit hängen stark von der Maschenweite ab. Die Modelle mit dem feineren Netz (kleinere Elementgröße) liefern sehr genaue Ergebnisse, benötigen jedoch längere Rechenzeiten. Das Netz kann automatisch von EMS generiert werden, nachdem die globale Größe des Modells geschätzt wurde. Darüber hinaus bietet EMS zusätzliche Flexibilität bei der Vernetzung, da die Maschengröße von Festkörpern und Flächen über die Maschensteuerung gesteuert werden kann. In diesem Beispiel sind die Flächen, an denen feste Spannungen angelegt werden, mit der maximalen Elementabmessung von 0,1 &mgr; m feinmaschig. Das gesamte Modell hat eine maximale Elementgröße von 0,3 um. Abbildung 5 zeigt das endgültige Netz.

Von EMS berechnete FEM-Ergebnisse

Nach dem Ausführen der Studie. Die oben genannten Ergebnisse werden von EMS generiert. Um genauere Ergebnisse zu erhalten, wurde die Option Normale Genauigkeit in den erweiterten Studieneigenschaften auf hohe Genauigkeit geändert. Die Option für hohe Genauigkeit benötigt mehr Zeit zum Lösen, liefert jedoch genauere Ergebnisse.

Der Widerstandswert des simulierten Dünnfilmwiderstands kann mit der folgenden Formel berechnet werden [1]:

R entspricht der linken Klammer b über einem Plus von 0,469 Sternchen in rechter Klammer mal linker Klammer Sigma Sternchen mal d rechter Klammer

R ist gleich linker Klammer 30 über 8 plus 0,469 rechter Klammerstern mal linker Klammer 2 Stern mal 10 hoch 7 Stern mal 1 Stern mal 10 hoch negativ 6 Ende Exponent rechter Klammer

R entspricht 2.1095 Sternchen-mal 10 der Potenz des negativen 1-End-Exponenten im Raum

Abbildung 6 zeigt den Widerstandswert, der mit der Finite-Elemente-Methode in EMS berechnet wurde. Theoretische und EMS- Lösung sind nahezu identisch. Die Abbildungen 7 und 8 zeigen 3D-Diagramme der Stromdichte und des elektrostatischen Potentials.

Widerstand berechnet von EMS
Abbildung 6 - Vom EMS berechneter Widerstand


Stromdichte, Vektordiagramm
Abbildung 7 - Stromdichte, Vektordiagramm


Potentielle Handlung

Abbildung 8 - Potenzielle Darstellung

Fazit

Analytische Ergebnisse einer Dünnfilmwiderstands stimmen sehr gut mit dem EMS .EMWorks' Niederfrequenzpaket EMS, die vollständig in einer 3D - CAD - Software eingebettet ist (Solidworks, Autodesk Inventor und Spaceclaim), Ingenieure ihre product sparen Zeit und Geld zu optimieren hilft.

Verweise

[1]: Conformal Mapping: Methods and Applications, Roland Schinzinger, Patricio A. A. Laura, 1991, Elsevier Science Publishers, B.V., p. 224. ISBN 0-486-43236-X (pbk).