Ist eine Standardlösung nicht die optimale Wahl, entwickelt CTX zusammen mit dem Konstrukteur den passenden Kühlkörper. Wie dieser im Detail auszulegen ist und wie die Lüfter dimensioniert sein müssen, legt eine thermische Simulation fest. Mit diesem analytischen Prozess lässt sich der Temperaturzustand eines elektronischen Bauteils im Vorfeld berechnen. Voraussetzung ist die Eingabe definierter thermodynamischer Randbedingungen. Dazu gehören zum einen die zu erwartende Verlustleistung und das Design des Bauelements mit Bemaßung und Position des Hotspots, also des Moduls, Chips oder ähnlichem, an dem die Verlustleistung auftritt.

Dazu kommen geometrische Einschränkungen, das heißt der zur Verfügung stehende Platz, sowie die für einen optimalen Betrieb maximal zulässige Oberflächentemperatur des Bauteils und die voraussichtliche Umgebungstemperatur: Ob das zu kühlende Bauteil in einem Büro bei maximal 25 °C, in einem Kühlhaus bei -40 °C oder bei Arbeitstemperaturen von 70 °C beispielsweise in der Nähe von Motoren oder Lichtquellen zum Einsatz kommt, ist eine entscheidende Information. Denn die Differenz ΔT zwischen Umgebungs- und Komponententemperatur fließt ebenfalls in die Berechnung des Wärmewiderstands des Kühlkörpers ein. Dieser Wärmewiderstand Rth ist die entscheidende Kenngröße eines Kühlelements und maßgeblich für die Dimensionierung und Auswahl eines geeigneten Kühlkörpers. Der Wert Rth gibt an, wie viel Grad Kelvin Temperaturdifferenz erforderlich sind, um die Wärmeleistung von 1 W zu übertragen. Je niedriger der Wärmewiderstand, desto höher der Wärmefluss und desto besser die kühlende Wirkung.

Probleme früh erkennen und Kosten sparen

Speziell bei der Entwicklung eines neuen Produkts kann eine solche thermische Simulation dazu beitragen, mögliche thermische Probleme frühzeitig zu erkennen. Zudem trägt sie durch die Optimierung des Kühlkörperdesigns maßgeblich zur Einsparung von Kühlkörpermaterial und -gewicht bei. Stellt sich beispielsweise heraus, dass durch eine Veränderung der Kühlkörpergröße, des verwendeten Materials oder der Befestigungsart eine Zwangsbelüftung durch eine passive Kühlung ersetzt werden kann, spart dies in nicht unerheblichem Maß Material- und Fertigungskosten.

Mithilfe einer thermischen Simulation lässt sich auf der Basis vorgegebener thermodynamischer Randbedingungen der Temperaturzustand elektronischer Komponenten vorausberechnen oder bestätigen.

Mithilfe einer thermischen Simulation lässt sich auf der Basis vorgegebener thermodynamischer Randbedingungen der Temperaturzustand elektronischer Komponenten vorausberechnen oder bestätigen. CTX Thermal Solutions

Mit geeigneten Materialalternativen und Fertigungsmethoden, wie bei hohen Stückzahlen dem Druckguss statt einer aufwendigen CNC-Bearbeitung, lassen sich ebenfalls dank der applikationsspezifischen Lösungen die Kosten reduzieren. Ein weiterer entscheidender Vorteil: Durch die thermische Simulation entfällt in der Regel der kostspielige Part der Prototypenfertigung oder er wird deutlich reduziert. CTX erzielt nicht zuletzt deswegen heute den überwiegenden Teil des Kühlkörpergeschäfts mit projekt- und applikationsspezifischen Produkten.

Infokasten

Einfache Berechnung des Wärmewiderstands eines (Profil-) Kühlkörpers

Der Wärmewiderstand Rth eines Kühlkörpers berechnet sich nach folgender Gleichung:

Rth            =          ΔT/P – RthGM

ΔT       =          Differenz zwischen maximaler Sperrschichttemperatur und Umgebungstemperatur

P         =          Maximale Leistung in Watt, die am zu kühlenden Bauteil anfällt.

RthGM   =          Summe aus dem inneren Wärmewiderstand des zu kühlenden Halbleiters und dem Wärmewiderstand der Montagefläche

Mit dem errechneten Wert kann eine Vorauswahl möglicher (Profil-) Kühlkörper getroffen werden.

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