El efecto Joule es uno de los principales fenómenos que ocurren en los dispositivos electrónicos, cuando la energía eléctrica se transforma en energía térmica. En definitiva, el efecto Joule consiste en la producción de calor que se produce cuando en un elemento de un circuito eléctrico circula una determinada corriente entre dos extremos, caracterizados por una determinada diferencia de potencial.

El efecto Joule a veces es intencional (como en un fusible, un secador de pelo o un horno eléctrico), pero en la mayoría de los casos es una consecuencia inevitable del paso de la corriente, que provoca calor no deseado y potencialmente dañino. Desde el punto de vista de quienes se dedican a la simulación térmica como parte del diseño de un aparato electrónico, es un problema que debe entenderse dentro de un entorno de diseño 3D.

El efecto Joule se puede gestionar eficazmente con una herramienta como Simcenter FloTHERM XT, el simulador térmico integrado en PADS Professional, la suite de diseño de PCB ofrecida por Mentor y Siemens para empresas de diseño electrónico de tamaño pequeño y mediano. En las últimas versiones de FloTHERM XT, las condiciones de contorno eléctricas se imponen en la periferia de una representación sólida 3D del conductor. El posterior proceso de simulación electrotérmica en 3D resuelve el potencial de corriente y tensión y utiliza la potencia de calentamiento Joule como fuente célula por célula para la solución de temperatura.

Áreas de aplicación típicas para la simulación del calor producido por el efecto Joule son las barras colectoras, los sustratos de alimentación y los planos de tierra de los BGA, leadframes y fusibles. Todos estos son casos en los que el calor debido a la resistencia desempeña un papel dominante en la disipación total de energía.

El papel desempeñado por el fusible implica un acoplamiento entre los mundos eléctrico y térmico. Un aumento de la temperatura provocará un aumento de la resistividad eléctrica, que a su vez aumentará la densidad de corriente, lo que incrementará la potencia de calentamiento Joule, que aumentará la temperatura, y así sucesivamente. Si el calor se elimina con suficiente rapidez, se alcanza el equilibrio y las condiciones se estabilizan en un aumento constante de la temperatura. Si el acoplamiento è demasiado fuerte, particularmente en condiciones de alta corriente, la temperatura aumentará, hasta que el fusible se sobrecaliente. FloTHERM XT è puede manejar este acoplamiento, a través de su propiedad material de resistividad eléctrica dependiente de la temperatura.