Thermische Simulation Dienstleistung Elektronikkühlung

Wann ist die thermische Simulation als externe Dienstleistung sinnvoll und was sollte der Dienstleister bieten?

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Mit der Miniaturisierung der Elektronik, der steigenden Funktionsvielfalt und den wachsenden Anforderungen im Feld stößt jeder Elektronikentwickler früher oder später an die maximal zulässigen Temperaturen seiner Produkte. Sei es die Sperrschichttemperatur der Komponenten, der Schmelzpunkt des Lots oder die Gewährleistung, welche einen Mindestlebenszyklus der Produkte vorschreibt – Temperatur und damit die Elektronik-Kühlung ist ein Thema, das zum festen Bestandteil in der Elektronik-Entwicklung geworden ist.

Nun kommen nicht nur Megakonzerne in dieses Dilemma, sondern auch mittelständische und kleine Unternehmen, die sich pro Kalenderjahr nur zwei bis drei Mal mit dem Thema Elektronik-Kühlung und thermische Simulation befassen müssen. Für diese Unternehmen stellt sich die Frage, ob die eigene Kompetenz neben dem Messlabor durch die Installation eines Simulations-Arbeitsplatzes erweitert werden soll oder ob man sich externe Dienstleister ins Haus holen möchte.

Dieser Beitrag befasst sich nicht mit der Evaluierung dieser Frage, sondern soll es ermöglichen, den Ausdruck „Dienstleistung Elektronikkühlung“ in seinem ganzen Erscheinungsbild zu erschließen.

Was versteht man unter Dienstleistung für Elektronikkühlung? Welche Eckdaten muss man kennen/liefern, um welche Erfahrungen machen zu können? Wie kann man den Prozess der Optimierung begleiten und was kann man für zukünftige Projekte daraus ableiten?

In diesem Artikel soll der Weg einer Simulations-Dienstleistung für Elektronikkühlung vom ersten Kontakt bis hin zur Rechnungsstellung/Ergebnis am Beispiel einer LED-Kühlung erläutert werden.

Die Struktur der Simulations-Dienstleistung

Folgende Elemente sollte jede professionelle Beratung beinhalten:

• Situationsbesprechung/Aufgabenstellung

• Geheimhaltungserklärung

• Datenerfassung für Aufwandsabschätzung

• Unverbindliches Angebot zu: Projekt- und Aufwandsbeschreibung, Aufwandsabschätzung, Zeitliche Abschätzung bis zur Lieferung, Zahlungskonditionen

• Auftragserteilung

• Endgültige Datenerfassung (detailliert)

• Modellerstellung und Datenabgleich

• Ist-Analyse – erster Bericht

• Brainstorming Elektronikkühlung zwischen Berater und Kunde

• Variantenanalyse, Vergleich und Empfehlung

• Lieferung der Ergebnisse – Medienwahl

Den richtigen Partner als Dienstleister finden

Aufgrund der Natur der Aufgabenstellung ist ein wichtiger Faktor die Wahl des richtigen Partners. Weil die Temperatur stark von den Luftströmungen beeinflusst wird, sollten es zum einen Spezialisten der Strömungsmechanik und Thermodynamik sein, zum anderen sollte sich diese Erfahrung in praxisgerechten Arbeitsmethoden und Bearbeitungszeiten wiederspiegeln.

Niemand hat Zeit für wissenschaftliche Herleitungen und theoretische Betrachtungsweisen.

„Der richtige Partner“ sollte seit vielen Jahren im Thema Elektronikkühlung zuhause sein und dies nicht als Nebenstandbein betreiben. Fundiertes Wissen über aktuelle Technologien in der Elektronikkühlung sowie Flexibilität, Servicegedanke und hohe Leistungsbereitschaft sollten sein Auftreten unterstreichen.

Auf die Aufgaben der Elektronikkühlung zugeschnittenes Simulationswerkzeug

Projektbezogenes Arbeiten fordert von Projektsitzung zu Projektsitzung neue erarbeitete Ergebnisse sowie innovative Ideen (Bild 1). Änderungswünsche müssen in das Modell einfließen und Variantenstudien durchkalkuliert werden. Hierzu bleibt dem Spezialisten meist nur eine bis zwei Wochen Zeit.

Dies ist nur zu realisieren, wenn das Simulationswerkzeug für die Aufgabenstellung zugeschnitten ist. Am besten benutzt man eine „branchenspezifische“ CFD Software (Computational Fluid Dynamics), die es dem Anwender erleichtert mit wenigen Informationen sehr schnell und präzise physikalische Ersatzmodelle zu erstellen. Hierzu sollte eine Anbindung an die CAD- und EDA-Welt obligatorisch sein.

Auch bestimmt die Leistungsfähigkeit einer derartigen Software die Machbarkeit einer Aufgabenstellung. Mehrere Millionen Knotenpunkte (Zellen) werden iterativ für die gekoppelte Betrachtung von Wärmeleitung, Konvektion und Strahlungsaustausch berechnet. Ist dann noch komplexe Geometrie eine grundlegende Ausgangsbedingung, so ist diese Aufgabe für die meisten CFD-Programme kaum noch zu bewältigen.

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