Validation thermique des équipements embarqués
Mots clés : analyses thermiques, composants électroniques, convection naturelle, convection forcée, simulation numérique, calculs numériques, CFD, ailettes de refroidissement, capteurs de température, rayonnement thermique, déperditions thermiques, validation thermique des produits.
Enjeux et objectifs
Les enjeux de l’électronique embarquée ne cessent d’augmenter avec une présence de plus en plus marquée pour assurer un nombre de fonction grandissant. Cela implique une évolution des composants telle, que la densité de transistors par puce est passée de 1 à plus de 500 000 aujourd’hui, impliquant une densité de puissance thermique difficile à compenser.
Pour le comprendre, il suffit d’analyser l’évolution des véhicules, notamment automobiles.
Là ou avant seule la fonctionnalité liée au déplacement comptait, l’évolution des exigences a conduit à l’augmentation des niveaux de performances requis en termes de sécurité, confort, qualité, conduite et habitabilité tels que les véhicules intègrent désormais :
Ξ Système ADAS pour l’aide à la conduite
Ξ Système de climatisation automatisé couplé à des capteurs de température
Ξ Equipements électroniques (capteurs, calculateurs, écran d’affichage, …
L’intégration de ces nouveaux systèmes électroniques ne concerne pas uniquement le monde automobile. Ils sont omniprésents avec l’évolution de la technologie : les téléphones, ordinateurs, serveurs, bus, métros, avion en sont le parfait exemple.
Ces nouvelles architectures posent de nouvelles contraintes thermiques à considérer : les composants électroniques possèdent une limite de température de fonctionnement qu’il est nécessaire de ne pas dépasser pour éviter leur dégradation. Or, tous les composants dissipent de l’énergie sous forme de chaleur et leur quantité en augmentation apportent toujours plus d’énergie à évacuer. La simulation numérique intervient alors dans la phase de validation thermique des produits avant les phases de prototypage et d’essai.
En réponse à de tels enjeux, les modèles de calculs de notre équipe CFD permettent d’optimiser les architectures afin d’éviter toutes défaillances des systèmes, en analysant spécifiquement :
Ξ Les niveaux de températures (macroscopiques ou microscopiques (PCB))
Ξ Les puissances dissipées par convection naturelle ou forcée
Ξ Les niveaux de pressions associés aux composants de ventilation
Ξ Les phénomènes de rayonnement
Ξ L’optimisation des systèmes de refroidissement
CIMES complète le travail de vos équipes avec la simulation thermique numérique. A partir de la CAO, nous construisons le modèle de calculs selon votre cahier des charges, appliquons les propriétés matériaux, les puissances de déperdition, modélisons la convection naturelle/forcée et vérifions les températures atteintes par les composants pour assurer la certification aux essais ainsi que le fonctionnement optimal en phase d’exploitation.
Prestations CIMES
Ξ Modélisation tridimensionnelle de la structure soumis aux contraintes thermiques
Ξ Modélisation de l’environnement extérieur qui peut amener des conditions particulières de refroidissement (vitesse d’air importante ou, à l’inverse, milieu confiné)
Ξ Définition du cas de charge et de l’environnement extérieur
Ξ Analyse des matériaux avec coefficients thermiques variant en fonction de la température
Ξ Etude des déperditions thermiques des composants électroniques
Ξ Modélisation de la convection naturelle et forcée par ventilation
Ξ Ajout possible des ailettes de refroidissement modélisé en 3D ou simplifié par un milieu poreux
Ξ Simulation instationnaire pour l’étude temporelle : étude des phénomènes temporels, temps de chauffe et conditions particulières de fonctionnement
Ξ Optimisation d’une structure pour la réduction de la température : composants déplacés, ventilation forcée, amélioration de la convection naturelle
Ξ Corrélation essai/calcul à partir de données expérimentales : capteurs thermiques, enceintes climatiques, salle d’ensoleillement
