Simulation thermique et gestion thermique dans le développement de l'électronique et de l'éclairage

Dans les processus de développement modernes, la gestion thermique est un défi majeur – en particulier pour les composants à haute performance tels que les assemblages électroniques, l'électronique de puissance et les sources lumineuses à LED. Des analyses thermiques précises pour le refroidissement de divers composants, y compris l'électronique, les sources lumineuses et les systèmes embarqués, sont effectuées à l'aide de simulations CFD (Computational Fluid Dynamics) en 3D et d'analyses thermiques basées sur la FEM (méthode des éléments finis).

Mécanismes de transfert de chaleur en détail

Une simulation réaliste prend en compte tous les mécanismes de transfert de chaleur pertinents :

• Conduction thermique : La quantification de la conduction thermique à travers les solides – tels que les circuits imprimés (PCB), les dissipateurs thermiques et les matériaux de boîtiers – permet la sélection ciblée de matériaux et de composites de matériaux thermiquement optimisés.
• Rayonnement (Radiation) : Le calcul du rayonnement infrarouge émis à partir des émissivités et des températures de surface est particulièrement pertinent à des températures de fonctionnement élevées et dans le vide.
• Convection libre (convection naturelle) : Sans éléments de refroidissement actifs, la circulation de l'air se crée uniquement par les différences de densité dans le fluide chauffé – idéal pour des conceptions silencieuses et nécessitant peu d'entretien.
• Convection forcée : Les ventilateurs, souffleurs ou pompes génèrent un flux d'air ou de liquide défini et augmentent considérablement le transfert de chaleur. La simulation permet l'optimisation de la conduite du flux, de la géométrie du canal et de la position du ventilateur.

Concepts de refroidissement et leur évaluation assistée par simulation

Différentes stratégies de refroidissement – du refroidissement passif par air au refroidissement actif par force, en passant par le refroidissement liquide et les caloducs (Heat Pipes) – sont évaluées virtuellement avant qu'un prototype physique ne soit créé. Les paramètres clés tels que les températures maximales des composants, les gradients de température, les résistances thermiques ainsi que le respect des limites selon les normes IEC, JEDEC ou UL sont des critères d'évaluation décisifs.

Garantir la fonctionnalité dès le début du processus de développement

En intégrant la simulation thermique dès les premières phases de développement – de la conception conceptuelle au design détaillé jusqu'à la production en série – il est possible d'éviter des reconceptions coûteuses et des défaillances thermiques. La simulation fournit des informations fiables sur la durée de vie, la fiabilité et le respect des limites de température (par exemple, Tjunction pour les semi-conducteurs ou les valeurs Tc pour les modules LED), qui sont directement intégrées dans la conception.

Ceci garantit la fonctionnalité du produit de manière fiable dès le processus de développement – bien avant le premier prototype.