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전기/전자

전기 전도-열 전달 해석

IGBT와 같이 전기가 흐르는 제품은 도체 저항에 의해 발열이 일어나며, 이에 대한 냉각설계와 열변형에 의한 성능 저하가 발생할 수 있습니다.

목적	인가된 전류에 의하여 도체에 발생하는 발열량 및 온도 예측 열 팽창 변형에 의한 체결성능 저하 분석 및 열응력 예측
모델링 범위	본체를 구성하는 도체, 부도체의 모든 형상
필요 데이터	비저항, 열전도계수, 비열, 열팽창계수, 탄성계수, 푸아송비, 인가전류
해석 방법	실제 사용조건의 전류조건과 외부 열 경계조건(전도,대류)을 적용 후 정해석을 수행합니다. 전기-열 양방향(2Way)해석
결과물	내부의 전류밀도 및 발열 온도 모델의 열팽창 변형 및 전극의 접촉상태

전자기장 해석

고전압기기 주변에 형성되는 전기장은 방전을 일으키기도 하며, 유전체나 전계도금, 흡착기기는 균일한 전기장 형성이 필요합니다. 자기장으로 구동하는 액추에이터나 유도가열기기는 효율적인 자계분포 를 형성하는 것이 매우 중요합니다.

목적	균일한 전기장 형성을 위한 형상 설계 최대 구동력을 가지는 자기장 형성을 위한 설계 목표수준의 유도가열을 위한 전류 값 산출
모델링 범위	도체와 부도체를 포함한 실제 형상 자성체와 비자성체를 포함한 실제 형상 실제 형상 주변에 전자기장 형성을 위한 공간 영구자석과 코일 형상
필요 데이터	영구자석의 B-H 커브, 자성체의 비투자율, 인가 전류
해석 방법	전류 인가조건과 영구자석의 극방향을 적용한 후정해석 및 조화응답해석을 진행합니다. Electro-Static Analysis Magneto-Static Analysis(DC/AC)
결과물	도체 주변의 전기장 및 자기장 분포, 흐름 방향 도체 내부의 전류밀도 및 발열량 자성체에 작용하는 전자기력

칩의 열 응력 및 피로 해석

여러 가지 재료들로 구성된 칩은 제조공정 및 사용환경에서 열하중을 받습니다. 재료의 열팽창계수와 형상특성에 따라 열변형 및 열응력이 발생하며,
재료의 경계층에서는 피로파괴 및 박리현상을 일으킬 수 있습니다.

목적	칩 내부의 열 전달로 인한 열변형, 열응력 예측 경계층에서의 박리현상 분석 피로수명 예측
모델링 범위	BGA, TSV, UBM등 연결부위가 모사된 CAD 형상 또는 PCB에 실장된 형상 등
필요 데이터	열전도계수, 비열, 열팽창계수, 탄성계수, 푸아송비, CZM상수 등
해석 방법	온도하중 및 Delamination 조건을 적용 후, 정해석 및 과도해석, 피로해석을 수행합니다. Static Structural Analysis Transient Analysis Fatigue Analysis
결과물	칩의 열변형량, 열응력 분포, 피로수명 예측 재료 경계면의 접촉상태(박리)분석

Reference
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Flip chip solder joint reliability analysis using viscoplastic and elastic-plastic-creep constitutive models - 1st A. Yeo, 2nd Charles Lee, 3rd John H L Pang

칩의 습도 전파 및 변형 해석

Packaging 및 Reflow 공정을 거치면서 많은 수분을 포함하고 있는 EMC와 같은 재료 내부에서는 습도가 내부의 다른 재질로 전달 되어 습도팽창을 일으키며,
뜨거운 열에 의해 Vapor Pressure가 발생 하여 파손을 일으킬 수 있습니다.

목적	칩 내부의 습도 전파로 인한 습도팽창변형 예측
모델링 범위	칩 내부 재료별 구분된 실제 CAD형상
필요 데이터	습도전달계수, 포화습도량, 열전달계수, 열팽창계수, 습도팽창계수 등
해석 방법	온도하중, 습도하중 조건을 적용 후, 정해석 및 과도해석을 수행합니다. Static Structural Analysis Transient Analysis Fatigue Analysis
결과물	칩 내부의 습도 분포 및 습도팽창변형 예측 팽창변형에 의한 응력 및 피로수명 예측

Reference
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USING FINITE ELEMENT ANALYSIS IN UNDERSTANDING PACKAGE MOISTURE ABSORPTION BEHAVIOR - Ricky B. Calustre, Jefferson S.
Talledo, Rogelio A. Real

Computer Server 기류 해석

고성능 서버의 경우, 좁은 케이싱 내에 고성능 CPU와 같은 발열체가 설치되고 각종 부품에 의해 기류가 원할하지 않기 때문에 적절한 방열 구조를 마련하여 열에의한 과부하를 방지해야 합니다.

목적	CPU 및 각종 부품의 온도 예측 통풍 구조 개선을 통한 방열 성능 향상
모델링 범위	서버 내부 주요 장치 / 내부 유체 공간
필요 데이터	3D CAD, 각 부품의 발열량, 냉각팬 회전수
해석 방법	각 부품에 발열량을 입력하고 냉각팬을 MRF로 회전 조건을 설정하고 유동 및 온도장을 계산합니다. Steady State Moving Reference Frame Heat Transfer
결과물	각 부품의 최고 온도 및 온도 분포 냉각팬에 의한 유량 및 서버 내 유속 분포

전자 부품 열 유동 해석

전자 부품의 열부하에 의한 고장을 방지하고 안정적인 작동을 위해서는 충분한 냉각 성능의 확보가 필요 합니다. 특히, 방열핀과 냉각팬의 설계에 따라 방열 성능이 좌우되며 시간에 따른 온도 변화를 관찰할 필요도 있습니다.

목적	각 부품의 온도 예측 냉각팬 성능 예측
모델링 범위	전자 부품 및 유동 공간
필요 데이터	3D CAD, Chip 발열량, 냉각팬 회전수
해석 방법	보드 상의 Chip에 발열량을 입력하고 냉각팬을 MRF로 회전 조건을 설정한 후 유동 및 온도장을 계산합니다. Steady State Moving Reference Frame Heat Transfer
결과물	Chip의 최고 온도 및 온도 분포 냉각팬 성능(유량) 각부 유동 특성

Battery 방열 해석

일반적으로 휴대용 전자제품은 Battery Pack 형태로 전기를 공급 합니다. 이러한 Battery Pack의 운용 효율은 온도에 따라 달라지기 때문에 Battery Pack의 방열 특성 이 중요합니다. CFD를 이용하여 방열 특성 및 온도 분포에 대해 예측이 가능합니다.

목적	Battery Pack 내부 공간의 온도 예측 Battery Pack 구조 변경에 따른 방열 성능 향상
모델링 범위	Battery Pack 내부 및 발열체
필요 데이터	3D CAD, Chip 발열량, 냉각팬 회전수
해석 방법	각 Battery Pack에 발열량을 입력하고 유동 및 온도장을 계산합니다. Steady State Heat Transfer
결과물	각 Battery의 최고 온도 및 온도 분포 Battery Pack 내부 공간의 유동 및 온도 분포

PCB Board 열 해석

Board에 부착된 전기 부품들은 작동 시 열이 발생되어 제품의 수 명을 단축하고 심한 경우 열변형을 일으킬 수 있습니다. CFD를 이용하면 전자 회로기판 제품들의 열전달 현상, 유동 형상 등을 예측할 수 있으며, 제품 개발 비용과 기간을 단축 할 수 있습니다.

목적	각 부품의 온도 예측 각 부품 주위의 유동 형상 예측
모델링 범위	전자 부품 및 유동 공간(Box)
필요 데이터	3D CAD, 전기 부품 발열량
해석 방법	Board 상의 전기 부품에 발열량을 입력한 후, 유동 및 온도장을 계산합니다. Steady State Heat Transfer
결과물	전기 제품 최고 온도 및 온도 분포 각부 유동 특성

PCB Board의 SI / PI 전자장 해석

다양한 전자기기의 PCB에 대한 SI/PI는 최근 기기의 소형화와 다기능화에 따른 복잡도 증가로 그 중요성이 커지고 있습니다.
특히 휴대기기 보급에 따른 전원 성능향 상과 효율화를 위한 전원부 해석의 중요성이 높아지고 있어 PCB의 SI/PI의 중요성은 매우 높습니다.

목적	PCB의 동작에 따른 신호의 무결성 분석 전원에 효율적 사용을 위한 특성 분석
모델링 범위	PCB 설계 파일
필요 데이터	PCB 설계 자료 회로 동작 환경 자료 부품 DataSheet
해석 방법	다양한 E-CAD로 설계된 PCB 설계 자료를 ANSYS Slwave에서 직접 읽어 들여 각각의 Net의 동작 특성을 주파주 및 시간 도메인에서 분석합니다. 전원부의 주파수 공진 특성을 분석하여 De-Cap의 효율적 배치를 분석합니다. Slwave
결과물	Net의 주파주 및 시간 도메인 특성 자료 전원부의 공진 특성

모바일용 Actuator 전자장 해석

모바일 기기 안에는 시각, 촉각, 청각을 구현하는 다수의 Actuator가 사용되고 있습니다. 대부분 Voice Coil 방식의 Actuator 로 AutoFocus, Linear Vibrator, Speaker 에 적용되고 있습니다. 모바일 환경에 적합한 Actuator 의 특성을 확보 하기 위해 자기장 해석을 사용하고 있습니다.

목적	Actuator 구동자 거동예측 성능개선을 위한 설계 최적화
모델링 범위	자기회로 부품 (자성체, 코일)
필요 데이터	자기회로 형상, 자성체의 자기특성, 스프링 특성
해석 방법	자기적 특성을 예측하는 자기장 해석과 구동자의 거동을 예측하는 거동 해석을 결합하는 연성해석을 진행하여 구동자의 거동 및 자기적 특성을 예측합니다. 자기해석 : Maxwell (Transient, Magnetostatic) 거동해석 : Simplorer 최적화해석: Maxwell(Optimetrics)
결과물	최대 자기력, 자속밀도 분포 시간에 대한 구동자 거동

Inductor의 전자장 해석

3상 인덕터 제품의 인덕턴스 (Inductance)를 구하는 Simulation 은 중요한 부분입니다. 인덕턴스값은 유도작용 및 비선형 성질에 의해서 변경됩니다.
ANSYS Maxwell을 이용한 인덕턴스에 대한 계산과 특성 출력에 대한 소개입니다.

목적	Inductance 값 추출 비선형 성질을 고려한 특성 비교
모델링 범위	Core, Coil
필요 데이터	3D or 2D CAD, 재질 정보, 입력 데이터
해석 방법	ANSYS Maxwell을 이용해서 형상 파일을 Import 시킵니다. 필요한 경우 Coil은 Maxwell에서 모델링 합니다. Coil에 전류를 인가하고, 출력으로 Matrix를 체크합니다. Solve Setup에서 Nonlinear B-H curve를 체크한 후 해석을 진행합니다. Maxwell(Magnetostatic)
결과물	Inductance Matrix Flux Linkage

Transformer의 전자장 해석

일반적인 기본 모델의 3상 Transformer에 대해서 ANSYS Maxwell Transient Solver를 통한 해석 사례를 소개합니다. 변압기의 Core는 얇은 적층강판으로 적층이 되어있습니다. 따라서, 철손에 의한 특성이 많이 다르기 때문에 비선형 BH와 철손 입력에 따라서 해석을 진행합니다.

목적	Core Loss에 따른 특성 파악 Inductance 값 추출
모델링 범위	Core, Coil
필요 데이터	3D or 2D CAD, 재질 정보, 입력 데이터
해석 방법	ANSYS Maxwell에서 모델 파일을 불러옵니다. 실제 모델에 사용된 재질 정보(BH-curve, Core loss)를 입력하여 새로운 재질을 만듭니다. 각 형상에 맞는 재질을 정하고, 입력 전류를 인가합니다. Core loss와 Eddy effect를 체크하고 Transient해석을 진행합니다. Maxwell(Transient)
결과물	자속밀도 분포 철손 및 동손 Inductance

Antenna의 전자장 해석

생활 주변에는 다양한 무선기기의 Antenna 및 특수 목적의 Antenna 가 무수히 분포합니다. 이들에게서 나오는 전자기파에 대한 영향분석 및 이들 간의 영향도 분석은 Antenna 성능향상에 매우 중요한 요소입니다. HFSS Antenna ACT 를 이용하여 다양한 형태의 Antenna 해석의 용이성을 제공합니다.

목적	Antenna의 방사 특성 분석 주변기기와의 간섭 분석
모델링 범위	Antenna형상 방사공간
필요 데이터	Antenna형상 및 재질 동작 주파수
해석 방법	Antenna의 형상과 방사되는 공간의 환경에 따른 특성을 ANSYS HFSS를 이용하여 Antenna자체에 대한 방사 특성을 해석하고, 이를 Savant에 입력하여 방사 공간에서의 전파 특성을 분석한다. HFSS Savant
결과물	Antenna의 방사 특성 주변기기와의 간섭도

EMI / EMC 전자장 해석

일상 공간의 전자기기에 대한 의존도가 높아지고 있으며, 산업현장 및 특수 목적 공간에서도 고성능의 전자기기가 대부분의 공간을 차지하고 있습니다.
이러한 전자기기가 혼재하게 되면 이들간의 상호간섭에 의한 전자기기의 오작 동을 방지하기 위하여 EMI/EMC 해석은 전자기기에 있어서 필수 사항이 되고 있습니다.

목적	개별 전자기기의 EMI/EMC분석 인접기기간의 상호 영향 분석
모델링 범위	전자기파 발생원 형상 전체 시스템 및 공간 형상
필요 데이터	3D CAD 자료 및 재질 동작 주파수
해석 방법	전자기기의 동작에 따른 전자기파의 방사 특성을 ANSYS Slwave 및 HFSS를 이용하여 분석하고 이를 인접기기까지 해석영역을 확장하여상호 간섭에 대한 분석을 한다. HFSS Savant
결과물	전자기기의 전자기파 방사특성 전자기기의 동작 잡음 특성

Motor 전자기-열유동 구조 해석

다양한 분야에서 전기에너지를 운동 에너지로 변환하여 동력을 제공하는 전기모터는 소형화 및 고성능화를 위해 열문제 해결이 필수적입니다.
모터의 성능이 증가하면 발열량이 높아지며 방열이 제대로 이루어지지 않으면 온도가 높아져서 성능의 손실 및 심각한 경우에는 구조물의 파손을 초래할 수도 있습니다.

목적	동력 성능 예측 방열 성능 예측 (온도장 분석) 열응력에 의한 변형량 예측
모델링 범위	Rotor/Stator 및 각종 구성품 모터 내부 유체 공간
필요 데이터	3D CAD, 공급전력, 외부 열 조건, 전자기 물성치, 열 물성치 등
해석 방법	전자기장 해석을 통해 모터의 동력 성능 및 발열량을 예측할 후, 유동해석에서 각부 온도를 예측합니다. 유동해석에서 얻은 온도장을 바탕으로 열응력 해석을 수행하여 변형 및 응력을 예측합니다. Electric Analysis Thermal Analysis Steady State / Heat Transfer
결과물	모터 토크, 발열량, 전류분포 유속 및 온도 분포 응력 및 변형량

Temperature
Velocity
Torque / Core Loss
Equivalent Stress
Deformation

솔레노이드 밸브 전자기장 - 열유동 - 구조 분석

솔레노이드 밸브는 전자기력에 의해 밸브를 개폐하는 장치로써 전자기력 및 유체력과 구조물의 변형에 의해 성능이 결정됩니다.
따라서 정확한 성능 분석을 위해서는 전자기장, 열유동, 구조의 다물리 해석이 필수입니다.

목적	밸브 개폐시간 시간 별 개폐율 및 유량, 압력 전자기 코일 및 밸브 구성품의 열분포 및 열응력
모델링 범위	솔레노이드 밸브 구성품 솔레노이드 밸브 내부 유체 공간
필요 데이터	3D CAD, 공급전력, 입출구 유압, 재료 물성치
해석 방법	전기장, 자기장, 구조역학, 유체역학을 고려하여 밸브 개발 Transient/MDM/Turbulence Magnetic Analysis Transient Thermal Analysis 2-Way FSI
결과물	시간 별 Current/Magnetic Force/Stroke 시간 별 유량/압력/온도 응력 분포/변형량

Induction Heater 전자장-열유동 해석

Induction Heater를 사용할 때 가열 물품이 잘 가열 되도록 적절한 자기장 분포 예측이 필요하며, 고온 환경에서 각 전자 부품의 냉각 해석도 필요합니다.

목적	Coil 및 Plate의 Loss분포 예측 Coil, Plate 및 가열 물 온도 예측
모델링 범위	Coil Plate 가열 품
필요 데이터	3D CAD, 입력전류, 주파수, 재료물성
해석 방법	전자기장 해석을 진행하고 전류손실을 얻은 후 외부 유동장을 인가하여 열 해석을 진행합니다. Eddy Current Analysis Steady State Heat Transfer Analysis 2-way Coupling
결과물	Coil, Plate의 Loss 분포 Coil, Plate 및 가열 물 온도 분포 주변 유동 특성

IGBT 전자장 열 유동 해석

높은 전류와 고 주파수의 대용량 IGBT가 발열량이 많기 때문에 온도가 높습니다.
발열 문제 때문에 발생될 고장을 방지하기 위해서 보통 Heat Sink, Fan및 Heat Pipe 등을 이용하여 냉각합니다. 그래서 적절한 냉각설계를 하기 위해서 유동에 의한 냉각해석이 필요합니다.

목적	IGBT 내부 온도 예측 IGBT 배치 및 냉각조건을 때라 방열 성능 향상
모델링 범위	IGBT Chip IGBT Module System Level
필요 데이터	3D CAD, 전류, 전압, 주파수, 재료 물성, 냉각수 유량
해석 방법	전류 손실을 해석한 후 외부 유동장과 냉각수 유동을 인가하여 열 해석을 진행 합니다. Steady State Electric Analysis Heat Transfer Analysis
결과물	각 부품 최고 온도 및 온도 분포 주변 공기 유동 특성 냉각수 유동 특성

전압회로 차단기 공차분석

제품 설계 시 발생하는 조립부의 간섭문제를 해결하기 위하여 공차 분석이 중요합니다.

목적	전압 회로 차단기 작동시 기구학적 조건에 따라 구동하는 부품들의 간섭 문제 검토
모델링 범위	기구학적 운동을 가지는 모든 부품 및 조립에 영향을 가지는 부품
필요 데이터	3D CAD 형상, 부품별 설계 치수 및 공차 값
해석 방법	3차원 공차 분석 프로그램 사용 CETOL 6σ
결과물	부품간의 간섭 유무 및 누적 공차 분포 누적공차에 영향을 끼치는 중요 공차 품질향상을 위해 조정 가능한 공차 범위

광학 성능 개선을 위한 공차분석

광학 렌즈에서 굴절된 초점이 정확 하게 일치할 수 있도록 정렬시키는 과정에서 그 수준이 수 um 범위에 있기 때문에 미소한 공차오류도 광학 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

목적	광학 제품의 정확한 초점 정렬을 위한 부품 설계
모델링 범위	광학 렌즈 고정에 관계된 모든 부품
필요 데이터	3D CAD 형상, 부품별 설계 치수 및 공차 값
해석 방법	3차원 공차 분석 프로그램 사용 CETOL 6σ
결과물	부품간의 간섭 유무 및 누적 공차 분포 누적공차에 영향을 끼치는 중요 공차 품질향상을 위해 조정 가능한 공차 범위

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