Počítačem podporovaná teplotní simulace

Výkon, životnost a spolehlivost elektronických polovodičových součástek jsou do značné míry závislé na tepelném zatížení, které je určeno zatížením jednotlivých součástek. Nedodržení maximální provozní teploty vede k selhání zařízení, překročení přípustné teploty přechodu polovodičů vede většinou k jejich zničení.

Přitěžujícím faktorem je postupující trend stále rostoucí integrace elektronických součástek a stupňování výkonů v polovodičovém průmyslu.

Elektronické komponenty a systémy disponují mnoha různými mezními parametry a podmínkami pro instalaci, proto volba optimálního návrhu řízení teploty bývá často obtížná. Pro tento účel existují způsoby, jak pomocí výpočtu tepelných odporů určit správnou koncepci chlazení či přímo provést testy na zhotovených prototypech a různých aplikacích včetně následného ověření výsledků. V dnešní době, kdy jsou stále více požadovány specifické zákaznické úpravy, je získání takovýchto údajů velmi důležité. Malé mechanické doplňkové úpravy, jako je vytváření vložených závitů nebo vrtání otvorů, by měly být při výpočtu tepelných odporů vzhledem k bezpečnostním tepelným rezervám brány v úvahu, vyžadují však často rozsáhlé úpravy a opětné prověření tepelných poměrů.

Najděte ideální koncept vašeho chlazení

Správná volba vhodného efektivního řízení teploty elektronických součástek, popřípadě dalších chlazených elektronických systémů s různými parametry a podmínkami instalace, vyžaduje vzhledem ke složitosti kritéria speciální měřicí metody. Klasická laboratorní měření jsou sama o sobě často velmi obtížná, přičemž jsou závislá na složitém měřicím vybavení propojeném s měřeným objektem mnoha čidly (obr. 1).

Pro účely rychlého informativního měření rozšiřuje firma Fischer Elektronik své služby o tepelné simulace prováděné pomocí počítače. Použitý software je speciálně zaměřen na stanovení tepelných požadavků při přirozené i nucené konvekci vzduchu a odvodu tepla klasickými pasivními chladiči, vodními chladiči nebo aktivně ventilátorovými chladicími agregáty.

PC simulace vychází z fyzikálních pojmů zachování hmoty, hybnosti a energie. Kromě teploty vzduchu na chlazených součástkách závisí tepelné ztráty na rychlosti proudění vzduchu a na fyzikálních vlivech, jako jsou turbulence, tepelné záření, a dále na emisních faktorech daných různými povrchy chlazených součástí i samotných chladičů. Všechny tyto veličiny a řada dalších byly brány v úvahu při koncipování nového programu, který má mimo jiné sloužit především zákazníkům pro správný předběžný výběr a určení optimálního chlazení chladiči různých velikostí a výkonů.

Výhody počítačové simulace

Počítačem podporovaná tepelná simulace je v současnosti používána při vývoji prototypů. S její pomocí je umožněno vývojové cykly konceptů odvodu tepla výrazně zkrátit, nevhodné koncepty bez nároku na spotřebu materiálu vyřadit a současně proces simulace urychlit. Čas a náklady na vybavení ve srovnání s klasickou simulací v měřicí komoře jsou podstatně nižší a možnosti získání přesnějších výsledků o mnoho širší.