Gestion thermique : ce que les acheteurs doivent savoir

La gestion thermique est le héros méconnu de l'électronique, permettant de garantir le refroidissement et le fonctionnement corrects des dispositifs. Pour les professionnels des achats, identifier les différents types de produits thermiques, comprendre leur fonctionnement et tenir compte des délais d'approvisionnement peut les aider à trouver la meilleure solution.

La conception d'une solution thermique n'est pas quelque chose que les professionnels des achats peuvent généralement faire seuls. Les ingénieurs devraient être impliqués car elle nécessite une approche différente de celle de l'approvisionnement en composants électroniques standard.

Une façon de diviser les différents types de produits thermiques est de distinguer entre refroidissement actif et refroidissement passif. Le refroidissement actif utilise l'énergie pour fournir le refroidissement, comme un ventilateur (CA ou CC) ou un dispositif Peltier. Les technologies de refroidissement qui ne nécessitent pas d'énergie incluent la graisse, le mastic ou les pastilles thermiques.

Figure 1 : Le ventilateur axial 5 V_CC F310R-05LLC de Copal peut être utilisé pour le refroidissement actif. (Source de l'image : Nidec Copal Electronics)

Espace

La considération la plus importante est la quantité d'espace disponible. Par exemple, les ordinateurs avec de grands boîtiers ont beaucoup de place pour un ventilateur.

Face à des applications comme les dispositifs corporels ou les téléphones portables, l'espace est une considération essentielle. Les grandes solutions thermiques ne fonctionneront pas. Il faut plutôt envisager des pastilles thermiques, des gels ou de la graisse, qui sont les types de solutions pouvant être utilisés pour atténuer les contraintes d'espace. Il est également important de prendre en compte les types de composants et de modules qui génèrent de la chaleur, tels que les modules RF sans fil et les alimentations.

Dissipation thermique

La chaleur générée par un composant doit être dissipée en dehors de l'application. Il ne suffit pas d'absorber la chaleur, celle-ci doit être transférée à un autre emplacement, qu'il s'agisse du boîtier, d'une autre zone ou dans l'air.

La gestion thermique consiste à extraire la chaleur du composant et à la dissiper à d'autres endroits. Si la chaleur est absorbée par le composant plutôt que d'être évacuée, elle ralentira les performances dans le meilleur des cas et détruira le composant dans le pire des cas.

Dans les applications où de l'espace est disponible, des dissipateurs thermiques peuvent être utilisés. Un dissipateur thermique est un collecteur métallique ou céramique qui est placé sur le composant. Les dissipateurs thermiques ont des ailettes ou des nervures qui transfèrent la chaleur du composant dans l'air. Le dissipateur thermique doit être monté étroitement sur le composant. La surface du composant peut sembler lisse mais elle ne l'est pas en réalité. La surface entre le dissipateur thermique et le composant doit être remplie avec un matériau intermédiaire tel qu'une pastille souple, du gel ou de la graisse. Certains dissipateurs thermiques sont fournis avec la pastille intermédiaire intégrée à la base.

Figure 2 : La graisse pour dissipateur thermique de Chemtronics est utilisée pour remplir l'espace entre le composant à refroidir et un dissipateur thermique afin d'améliorer le transfert thermique. (Source de l'image : Chemtronics)

Timing

Le moment où ce choix est fait est tout aussi important que la solution choisie. Les deux paramètres techniques les plus importants pour une pastille thermique, qui est une solution populaire, sont la quantité de chaleur qu'elle peut dissiper et la vitesse à laquelle elle peut le faire. Ce sont des points qui doivent être calculés avant ou pendant le processus de conception. La solution doit ensuite être testée dans l'application réelle, ce qui nécessite la participation d'ingénieurs.

Le paramètre important suivant à prendre en compte est la flexibilité de la pastille. À ce stade, il est également important de se demander si l'application doit utiliser une pastille ou un gel. Un gel peut être soit une graisse, soit un mastic. L'un des problèmes avec la graisse est que la maintenance peut devenir problématique, salissante et compliquée si un élément graissé doit être réusiné ou réparé. De plus, à long terme, la graisse n'est pas très fiable car elle peut parfois perdre sa forme, et elle ne se répartit pas de manière uniforme sur la surface du composant. D'un autre côté, la graisse est beaucoup moins chère que les autres solutions.

Une pastille est préférable dans la plupart des cas, mais elle doit être découpée pour s'adapter à la forme du composant. Une pastille, de par sa nature personnalisée, signifie qu'elle peut coûter plus cher. Les professionnels des achats doivent tenir compte de toutes ces variables, ainsi que de la qualité et du temps supplémentaire dont le fabricant a besoin pour découper les pastilles à la taille requise.

Pour les délais d'approvisionnement, la plupart des fabricants indiquent un délai standard de cinq à six semaines, plus une à deux semaines supplémentaires pour le prédécoupage. Certains fabricants peuvent demander jusqu'à 12 semaines si le matériau utilisé est une combinaison de nombreuses matières premières et dépend donc d'autres fabricants. Ainsi, des problèmes externes peuvent retarder l'approvisionnement.

Par exemple, le tremblement de terre qui s'est produit au Japon il y a quelques années a détruit de nombreuses usines de colle. La colle étant un élément clé des pastilles, les délais d'approvisionnement ont été portés à 16 semaines voire plus. Avec la pandémie de Covid-19, certaines usines ont fermé. Toutefois, grâce à ses niveaux de stock, DigiKey a pu garantir les délais d'approvisionnement et l'influence de la pandémie a été minime. En fin de compte, tout dépend de l'application et de la concurrence des prix.

Traçabilité

Pour la gestion thermique, la traçabilité des composants est également une considération importante. DigiKey n'achète que directement auprès des fabricants pour garantir l'authenticité. Cela permet également aux acheteurs d'isoler rapidement tout problème potentiel avec les prototypes et de remonter plus vite à la source du problème.

Une autre raison pour laquelle la traçabilité est importante avec la gestion thermique est la durée de conservation. Dans le cas de pastilles thermiques, de graisses ou de mastics spéciaux, il est important que le distributeur fasse attention à la durée de conservation. La durée de conservation peut varier selon les différents fabricants, pastilles et chimies : elle peut être d'un an, de cinq ans ou illimitée. Quoi qu'il en soit, elle doit être prise en compte par les professionnels du sourcing lors du processus d'achat.

Si l'approvisionnement en solutions de gestion thermique peut s'avérer plus complexe que pour les composants électroniques classiques, il peut s'agir d'une expérience vraiment enrichissante, offrant de nouvelles voies de collaboration entre les équipes d'ingénierie et d'achat. DigiKey propose des milliers de composants de gestion thermique différents, en stock pour expédition immédiate, provenant de plus de 65 fabricants renommés. Comme toujours, DigiKey et ses équipes internes d'ingénieurs sont disponibles pour fournir un support client 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 aux professionnels des achats, chargés des décisions sur les solutions de gestion thermique.