Fabrication de pointe pour l'électronique

Les composants électroniques haute performance imposent des exigences de plus en plus strictes aux solutions de gestion thermique. L'augmentation des densités de puissance, la compacité des architectures système et le renforcement des exigences en matière de durabilité poussent les concepts de refroidissement conventionnels à leurs limites. Dans des secteurs tels que les centres de données, la mobilité électrique, ainsi que l'aérospatiale et la défense, un refroidissement par plaque froide à liquide efficace et fiable est un facteur clé pour garantir les performances, la durée de vie des systèmes et l'efficacité opérationnelle.

Dans cette étude de cas, Siemens, GKN Additive et EOS montrent comment la fabrication additive appliquée à l'électronique permet de créer une nouvelle génération de plaques de refroidissement à liquide intégrées directement aux puces. Présenté par Siemens lors du salon Formnext 2025, cet exemple illustre comment un fil numérique complet de bout en bout, associé à la fabrication additive métallique industrielle sur des systèmes EOS, permet d'obtenir des performances de refroidissement supérieures pour les applications électroniques hautes performances.

Défi

Les limites du refroidissement électronique classique. Les plaques de refroidissement à liquide offrent déjà des avantages considérables par rapport au refroidissement par air pulsé. Cependant, la plupart des solutions classiques reposent encore sur des conceptions à tubes ou à broches brasées sous vide, ce qui impose plusieurs contraintes :

• Une liberté de conception restreinte, qui limite l'optimisation thermique
• Risques liés à la fiabilité dus aux joints brasés pouvant constituer des points de fuite potentiels
• Une consommation d'énergie élevée liée au refroidissement, en particulier dans les centres de données
• Une durée de vie réduite du système, car les températures élevées sont responsables d'environ 50 % des pannes des équipements électroniques

Par conséquent, les choix en matière de refroidissement ont une incidence directe sur l'efficacité, la durabilité, la fiabilité et le coût total de possession.

Solution

Un parcours numérique complet, de la carte thermique au dissipateur thermique prêt à l'impression. Pour relever ces défis, Siemens a mis au point un parcours numérique complet de bout en bout pour le refroidissement par dissipateur thermique à liquide intégré directement à la puce, couvrant l'ensemble du processus, de la simulation thermique à la conception additive prête pour la production.

1. Le processus numérique commence par la simulation du profil thermique de l'IGBT à l'aide de Siemens Calibre 3D Thermal, ce qui permet de générer des cartes thermiques tridimensionnelles détaillées. Ces cartes thermiques définissent les besoins en refroidissement et servent de base à l'optimisation en aval.
2. Les données thermiques sont transférées vers Simcenter OptiStruct, où une optimisation topologique par convection est appliquée afin de maximiser le transfert thermique tout en minimisant la perte de charge. Il en résulte des architectures de canaux de refroidissement hautement efficaces, impossibles à obtenir avec les méthodes de fabrication conventionnelles.
3. La topologie optimisée est ensuite convertie en une géométrie imprimable à l'aide de la modélisation implicite de Simcenter Inspire, ce qui permet une véritable « conception pour la fabrication additive » (DfAM) et l'intégration de structures internes complexes telles que des treillis ou des canaux d'écoulement optimisés.
4. Afin de garantir des performances thermiques et hydrodynamiques optimales, les conceptions obtenues sont validées à l'aide de simulations CFD réalisées dans Simcenter Flotherm, ce qui permet de comparer directement différents concepts de refroidissement par impression 3D et les conceptions traditionnelles à broches.
5. La chaîne de processus numérique s'achève par la préparation des tâches de fabrication dans Siemens NX FA Plane, ce qui permet une transition fluide de la conception à la fabrication sans perte de données. L'imbrication automatique permet un regroupement efficace d'un grand nombre de plaques froides par tâche sur FA EOS metal FA . Cela garantit un taux d'utilisation élevé des machines, des conditions de production reproductibles et une réduction du temps de fabrication par pièce, favorisant ainsi une production en série efficace et évolutive. 

Conclusion

Cette étude de cas montre comment un « fil numérique » complet, associé à la fabrication additive métallique industrielle, permet de mettre au point un système de refroidissement par plaque froide à liquide hautement performant, fiable et évolutif pour les composants électroniques. En tirant parti des capacités d’ingénierie numérique de Siemens et FA métallique d’EOS, et grâce à une étroite collaboration avec GKN Additive, la fabrication additive devient une solution prête pour la production destinée aux systèmes électroniques haute performance de nouvelle génération.

À propos des entreprises

Siemens Digital Industries (DI)

Siemens DI aide les entreprises de toutes tailles des secteurs de l'industrie de transformation et de la fabrication discrète à accélérer leur transformation numérique et leur transition vers le développement durable tout au long de la chaîne de valeur. La gamme de solutions d'automatisation et de logiciels de pointe de Siemens révolutionne la conception, la réalisation et l'optimisation des produits et de la production. Et grâce à Siemens Xcelerator, la plateforme numérique ouverte dédiée aux entreprises, ce processus est encore plus simple, plus rapide et évolutif. En collaboration avec ses partenaires et son écosystème, Siemens Digital Industries permet à ses clients de devenir une entreprise numérique durable. Siemens Digital Industries emploie environ 70 000 personnes à travers le monde.

Siemens AG (Berlin et Munich)

Siemens AG est une entreprise technologique de premier plan spécialisée dans l'industrie, les infrastructures, la mobilité et la santé. La mission de l'entreprise est de créer des technologies qui transforment le quotidien de chacun. En combinant le monde réel et le monde numérique, Siemens aide ses clients à accélérer leur transformation numérique et leur transition vers le développement durable, rendant ainsi les usines plus efficaces, les villes plus agréables à vivre et les transports plus durables. Leader dans le domaine de l'IA industrielle, Siemens s'appuie sur son expertise approfondie pour appliquer l'IA – y compris l'IA générative – à des applications concrètes, rendant ainsi l'IA accessible et efficace pour ses clients dans divers secteurs. Siemens détient également une participation majoritaire dans la société cotée en bourse Siemens Healthineers, un fournisseur mondial de technologies médicales de premier plan à l'origine d'innovations révolutionnaires dans le domaine de la santé. Pour tous. Partout. De manière durable. Au cours de l'exercice 2025, clos le 30 septembre 2025, le groupe Siemens a réalisé un chiffre d'affaires de 78,9 milliards d'euros et un résultat net de 10,4 milliards d'euros. Au 30 septembre 2025, l'entreprise employait environ 318 000 personnes dans le monde sur la base des activités poursuivies. De plus amples informations sont disponibles sur Internet à l'adresse www.siemens.com

GKN Additive

GKN Powder Metallurgy est un leader du marché des composants métalliques de haute précision et l'un des principaux fabricants de matériaux avancés issus de la métallurgie des poudres. L'entreprise propose des solutions produits et des technologies innovantes, notamment des procédés de fabrication additive de pointe via GKN Additive. Elle est la seule entreprise à bénéficier d'une intégration verticale, de la production de poudre à la fabrication de pièces. En collaboration avec ses clients, l'entreprise relève des défis complexes dans les secteurs automobile et industriel grâce à des solutions technologiques avancées basées sur la métallurgie des poudres. GKN Powder Metallurgy fait partie de Dauch. Dauch Corporation (anciennement American Axle & Manufacturing) a acquis GKN Powder Metallurgy en février 2026. Les deux entreprises opèrent désormais sous la marque commune Dauch. Pour plus d'informations, rendez-vous sur www.dauch.com