Optimiser la conception thermique en utilisant la contrainte réelle des composants

L'analyse thermique est une partie importante de toute conception de système électronique.
Les appareils électroniques qui consomment une puissance élevée nécessitent des mécanismes d'élimination de la chaleur tels que le substrat PCB, les dissipateurs thermiques ou les ventilateurs.
L'analyse thermique est généralement effectuée par des ingénieurs en mécanique ou des sociétés tierces spécialisées dans la simulation de flux de chaleur et d'air. Cette analyse nécessite des informations sur les composants placés sur le PCB, la dissipation de puissance réelle et les matériaux et la géométrie du PCB.
Habituellement, l'analyste thermique effectue le calcul en utilisant la puissance nominale maximale absolue des fiches techniques des composants. La puissance réelle est souvent nettement inférieure à la puissance maximale. Cela conduit à une conception excessive des mécanismes d'évacuation de la chaleur.

BQR propose un logiciel et un service professionnel pour l'analyse des contraintes des composants par simulation des contraintes des circuits.

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Le logiciel de BQR fournit plusieurs méthodes pour calculer et documenter les valeurs de contrainte réelle des composants (puissance, courant et tension):

  1. Semi-automatic: stresses can be easily assigned to components using the BQR E-CAD plug-in sur le schéma
  2. Simulation des contraintes: la contrainte des composants est calculée par un unique automated circuit stress simulator (CircuitHawk)

Avantages:

  1. Lors de l'analyse des contraintes, les erreurs de conception et les problèmes de notation sont détectés avant la mise en page
  2. Les contraintes exactes permettent une conception thermique optimale, économisant de l'espace et des coûts
  3. Le calcul MTBF utilisant des contraintes exactes fournit de meilleures valeurs MTBF (plus élevées)

Exemple 1:

Tj sur 137,1oC a été calculé pour IC U2a sur la base de la puissance nominale maximale absolue (6,12 W). Sur la base de ce résultat, l'ingénieur en mécanique prévoyait d'ajouter un ventilateur à la conception. En outre, le taux de défaillance du circuit intégré a été calculé à 6,129 défaillances par million d'heures.
By using the actual power dissipation result from the CircuitHawk simulation for the calculation, (see IC U2 in fig. 1), Tj a été trouvé 95oC, et le refroidissement naturel était suffisant. En outre, le taux d'échec a diminué à 0,804 échecs par million d'heures.
Une différence de 42,1oC a été trouvé dans Tj, et le taux d'échec (FR) a diminué d'un facteur de 7,6.
Pour résumer: l'utilisation de la dissipation d'énergie réelle réduit l'utilisation inutile d'éléments de refroidissement coûteux et se traduit par un MTBF beaucoup plus élevé.

Figure 1: Tj and failure rate for different power of an IC (screenshot from BQR software)

Exemple 2:

Le MTBF d'une carte réelle a été calculé pour la contrainte réelle (méthode de contrainte des pièces) et la contrainte 50% (méthode de comptage des pièces).
Le MTBF calculé avec la contrainte réelle s'est avéré supérieur d'un facteur d'environ 1,5.

Screenshot of MTBF software
Figure 2: Comparaison du MTBF de la carte calculé en utilisant «50% stress» et «Actual Stress»
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