Verbundprojekt: Elektroniksysteme für extrem robuste IoT- und KI-Anwendungen - CHARM -; Teilvorhaben: Zuverlässigkeitsuntersuchungen und virtuelles Prototyping für Elektronik unter rauen Einsatzbedingungen

Das Teilprojekt "Zuverlässigkeitsuntersuchungen und virtuelles Prototyping für Elektronik unter rauen Einsatzbedingungen" der TU Chemnitz wird durch Modellierung und Simulation die Funktionalität, Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit der CHARM-Demonstratoren in rauer Umgebung sicherzustellen. Durch virtuelles Prototyping auf Basis von Finite-Elemente-Simulationen (FEM) sollen Zuverlässigkeit, Testbarkeit und Herstellbarkeit der neuen Designs a priori ohne Durchführung umfangreicher Hardwaretests gewährleistet werden. Dazu werden numerische Modelle zur realistischen Nachbildung der realen Aufbauten und deren Verhalten unter Betriebs- und Testbedingungen aufgestellt. Anstatt idealisierter CAD-Geometrien werden reale Geometrien ermittelt und in die Erzeugung realitätsnaher digitaler Zwillinge einbezogen. Über Datenblätter der Materiallieferanten hinaus werden prozessabhängige Werkstoffeigenschaften sowie Belastungsbedingungen im Betriebsfall bzw. in den Zuverlässigkeitstests verwendet. Zur Validierung der virtuellen Prototypen werden Zuverlässigkeit und Qualität der entwickelten Technologien auf Schaltungs-, Komponenten-, Gehäuse- und Systemebene getestet. Die im Projekt zu entwickelnde gemeinsame Teststrategie enthält Richtlinien für verschiedene Testphasen, Testmethoden, Fehleranalyse und darauf basierende Optimierungen. Durch den Vergleich der aus der Simulation auf Basis der 'digitalen Zwillinge' abgeleiteten Prognosen und der in Tests bzw. im Feldversuch an den physischen Mustern gewonnenen Zuverlässigkeitsergebnisse werden die numerischen Methoden und Modelle validiert, bevor sie für das virtuelle Prototyping eingesetzt werden und man auf den physischen Musterbau verzichten kann. Während der Entwicklung einer neuen Technologie werden Experiment und Simulation parallel durchgeführt, wobei die Simulationsmodelle kalibriert werden. Die Methodik aus kombinierter Simulation und experimentellen Untersuchungen wird dabei konsequent weiterentwickelt.