Analyse thermique de la carte électronique CPM Vibrometer Vibro-meter Rte de Moncor 4 CH 1701 Fribourg, Switzerland 32, rue Jean Rostand 91893 ORSAY cedex – France tel : 33 1 69 35 30 90 Référence: LL0804-087-FT

Objectif de l’étude La société Vibrometer souhaite corréler des essais réalisés sur une carte électronique (CPM) avec une simulation numérique à l’aide de Flotherm v7.2 Le but sera de simuler le comportement de cette carte en conditions réelles dans un deuxième temps. FLOMERICS réalisera l’étude thermique à l’aide de FLOTHERM V7.2. FLOTHERM® est l’outil d’analyse thermique développé par FLOMERICS pour l’industrie électronique. C’est un code de simulation numérique des écoulements (CFD) qui fournit une prédiction fiable et rapide des écoulements d’air et des transferts thermiques dans les équipements électroniques. Les calculs tourneront sur la plate-forme Windows XP dédiée au projet.

1. Présentation de l’étude 1.1 Carte CPM: Rendu côté ‘Up’ de la carte Côté face Modèle FLOTHERM

1. Présentation de l’étude 1.1 Carte CPM: Récapitulatif des données transmises sur le nom des différents composants

1. Présentation de l’étude 1.2 Parties mécaniques de la Carte: La carte est tenue par des Carlmarks de fixation pris en compte dans la simulation (Aluminium 180 W.m-1.K-1) Les armatures sont également en aluminium (180 W.m-1.K-1) Armatures de tenue mécanique Carlmark de Fixation côté ‘Up’ de la carte

1. Présentation de l’étude 1.3 Conditions initiales: Hypothèses: Convection naturelle Conditions de température et de pression: Cas n°1: Air ambiant Tair= 20 °C, Patm = 1 atm; Cas n°2: Air ambiant Tair= 80 °C, Patm = 1 atm Conductivité de la table: = 0,14 W.m-1.K-1

1. Présentation de l’étude 1.4 Modélisation: Le fichier de référence des puissances que nous utiliserons pour cette étude est le fichier: GENx new CPM Card.pdf Puissance totale: 10,994 W La modélisation des composants significatifs (en terme de puissance dissipée) a été réalisé à l’aide de l’outil flopack: c’est une librairie qui détaille très précisément les caractéristiques mécaniques et thermiques des composants électroniques. Le fichier de référence pour le taux de cuivre des différentes couches est: ETCH_REPORT_021_rev1.txt D’après ce fichier, la carte possède 16 couches de cuivres modélisées sous Flotherm. Référence: GENx new CPM Card.pdf

1. Présentation de l’étude 1.5 Composants pris en compte: Fichier de référence des puissances: GENx new CPM Card.pdf Genx Device copies Power (W) Copies x Power 1 MPC5554 3 0,84 2,52 2 APA300-600 0,288 0,864 DUAL Port 7C057V-15 (3device) 0,18 0,54 4 Micro-crystal 0,07 0,14 5 Pulse 100b-1001X 0,02 0,04 6 Spansion S29GL512N 8 devices 8 0,01 0,08 7 GSI_gs832018GT TQFP SRAM 14 0,423 5,922 ETHERNET 0,194 0,388 9 FLASH-BURST M58B 10 sn74lvth16245 TI 56A49VK 11 0,22 TI-43A232K 0,05 0,2 modèles Flopack:   Disc Devices 10,994 Puissance totale de la carte [W] Référence: GENx new CPM Card.pdf

1. Présentation de l’étude 1.6 Hypothèses de calcul et numérotation: Schéma des puissances et numérotation des composants

3. Résultats 3.1 Représentation côté ‘Up’ (20°C): Caméra thermique AR01:34,0°C [31,0;37,8] AR02:34,9°C [32,5;38,6] AR04:34,0°C [31,0;37,8] AR05:34,1°C [31,5;37,0] AR06:34,3°C [30,6;36,8] AR10:34,1°C [32,0;35,4] AR01: MPC5554 35,4 °C AR04: APA 300 35 °C AR05: APA 300 35,8°C AR02: MPC5554 35,4°C AR10: SRAM GSI 39,6°C AR06: APA 600 34,8°C Référence: old thermal analysis

3. Résultats 3.1 Représentation côté ‘Bottom’ (20°C): Caméra thermique AR04:34,0°C [31,0;37,8] AR06:34,9°C [32,5;38,6] AR08:34,0°C [31,0;37,8] AR08: SRAM GSI 43,78 °C AR06: Dual_Port_7C057V 34,1 °C AR04: SRAM GSI 41,5°C Référence: old thermal analysis

3. Résultats 3.2 Résultats à 20°C:

3. Résultats 3.3 Représentation côté ‘Up’ (80°C): AR01: MPC5554 35,4 °C AR04: APA 300 35 °C AR05: APA 300 35,8°C AR02: MPC5554 35,4°C AR10: SRAM GSI 39,6°C AR06: APA 600 34,8°C Référence: old thermal analysis

3. Résultats 3.3 Représentation côté ‘Bottom’ (80°C): AR08: SRAM GSI 102,9 °C AR06: Dual_Port_7C057V 93,6 °C AR04: SRAM GSI 101,3°C Référence: old thermal analysis

3. Résultats 3.4 Résultats à 80°C:

4. Conclusion Comparaison simulation - essais: Cas 20°C: Nous avons donc compilé les informations qui semblaient être les plus cohérentes afin de réaliser cette modélisation. De manière générale, on constate une répartition des températures conforme aux résultats que donnent la caméra thermique. Les différences de températures essais/simulations restent faibles à l’exception des composants SRAM GSI (15%). Dans la configuration actuelle, on ne peut pas corréler davantage les résultats. Le fichier de référence des puissances indique la présence de 15 composants SRAM GSI alors que l’on nous en a indiqué 14. Nous avons toute confiance dans notre modélisation par rapport aux objectifs recherchés et une piste à explorer pour une meilleure corrélation serait de s’assurer que les dissipations fournies pour la simulation sont les mêmes que celle de la carte en fonctionnement.

4. Conclusion Comparaison simulation - essais: Cas 20°C: L’autre piste à considérer pour une comparaison mesure caméra thermique/simulation est la marge d’erreur sur la mesure. En effet, on étalonne une température de référence par rapport à l’émissivité d’une surface. Puis, de cette valeur, la caméra extrait la température du reste des composants. Donc il faut appliquer un vernis de manière très homogène pour obtenir des résultats de température de surface précis.

4. Conclusion Comparaison simulation - essais: Cas 80°C: L’étude du cas à 80°C d’ambiante permet une prévisualisation du comportement de la nouvelle carte en condition réelle. Notons que seuls les composants SRAM GSI dépassent les 100°C. La réserve sur les puissances s’applique également pour ce cas ci. En conditions réelles, la nouvelle carte sera enfermée dans le boitier EMU ce qui va fortement diminuer la perte de chaleur par convection naturelle. Une augmentation générale du niveau de température est donc à prévoir pour ce prochain cas.