FloTHERM

Guide pour la conception thermique des boîtiers pour les appareils électroniques

on 29 janvier 2018

Dans la conception électronique, la simulation thermique joue un rôle croissant au fur et à mesure que la puissance des appareils augmente, que leur taille diminue et que leur utilisation s’étend à des domaines présentant des conditions environnementales parfois compliquées. Le boîtier ou case, à savoir l’enveloppe contenant l’appareil électronique à proprement parler, joue un rôle important du point de vue thermique car il détermine les modalités de circulation de l’air et donc, la plus ou moins grande facilité avec laquelle les composants peuvent être refroidis.

Lorsque l’on parle de boîtiers, on ne ne réfère pas uniquement au boîtier d’ordinateur classique – également appelé coque, cabinet, châssis ou caisse – qui respecte souvent des caractéristiques standards, mais également les enveloppes personnalisées d’appareils comme les smartphones, les tablettes ou autres dispositifs à usage spécifique, sans oublier les appareils électroniques logés à l’intérieur de contenants plus vastes, comme le tableau de bord d’une voiture par exemple.

Exemples de boîtiers en plastique pour les appareils électroniques destinés aux consommateurs (Photo : OKW Gehäusesysteme)

Quoi qu’il en soit, l’appareil électronique et le boîtier doivent être conçus simultanément, car ce dernier a un rôle déterminant dans l’échange de chaleur avec l’extérieur, pouvant servir de barrière ou de canal de transmission, parfois même les deux. Le refroidissement est une question qui doit être affrontée au niveau du système. Aussi, John Parry – auteur de « A Complete Guide to Enclosure Thermal Design… 14 Key Considerations » – conseille-t-il d’adopter une approche top-down, c’est à dire en partant du boîtier plutôt que de la carte.

Concevoir en partant du boîtier avec la simulation CFD

Les modalités de transmission de chaleur à l’intérieur d’un appareil électronique sont d’une complexité telle qu’on doit habituellement faire appel à la simulation CFD. pour les calculer. Le moyen de transmission le plus répandu est l’air, mais dans les appareils de très petite taille comme l’ordinateur portable, assurer un mouvement d’air suffisant entre les composants représente un véritable défi pour les concepteurs. Mais la conductivité du boîtier, qui peut être soit en métal soit en plastique (comme le montrent les exemples ci-dessus), a également son importance.

Lorsqu’il s’agit de simuler le comportement thermique de l’air à l’intérieur d’un appareil électronique, l’outil par excellence et plébiscité par les acteurs du secteur, c’est FloTHERM, comme l’illustre l’image.

Distribution du flux d’air dans un serveur 1U modélisé avec FloTHERM

FloTHERM utilise une approche basée sur ce que la terminologie CAO définit de « modélisation directe », selon laquelle l’objet est créé, positionné et redimensionné de façon purement géométrique, sans renseigner de paramètres numériques. Ce qui le rend extrêmement rapide pour les phases initiales du projet. Les modèles sont créés en quelques minutes et calculés en quelques secondes. Un autre avantage typique, c’est que les objets sont présentés dans le même ordre hiérarchique que celui généralement utilisé dans les processus de développement des produits : un assemblage principal, puis les sous-assemblages et les composants.

Optimiser le flux d’air

La conception thermique du boîtier ou case consiste essentiellement à optimiser les flux d’air du système une fois l’électronique installée. Ce qui ne veut pas dire attendre le dernier moment, quand le projet électronique est terminé. Au contraire, pour garantir des délais rapides, des coûts les plus bas possibles et un produit fiable, il est indispensable d’adopter une approche basée sur la co-conception (co-design). La règle d’or étant « commencer tôt et commencer simple ».

La co-conception peut commencer dès la définition du concept. Il s’agit même d’une condition préalable si l’on veut que le projet architectural de l’électronique soit approprié. Si la conception du boîtier autorise une certaine souplesse, FloTHERM et FloTHERM XT fournissent une Enclosure SmartPart, qui permet une représentation paramétrique 3D du boîtier, rapide à utiliser.

Dans d’autres cas, le projet du boîtier est en grande partie défini à l’avance, mais il doit tout de même être optimisé pour le refroidissement des composants électroniques. Dans FloTHERM, FloMCAD Bridge fournit la possibilité d’importer des fichiers natifs CAO ou de formats standards. Dans FloTHERM XT, les deux types de fichiers peuvent être directement importés, manipulés et modifiés en utilisant le noyau CAO inclus dans le logiciel.

Surface de réponse qui montre la variation de la température de jonction par rapport à la position d’un déflecteur

Le flot de conception principal – aussi bien dans le CAO mécanique que dans celui électronique – se concentre sur la géométrie physique. De cette façon, pourtant, on perd de vue l’aspect le plus important pour la plupart des projets électroniques dans le domaine du refroidissement : les espaces d’air.

Mais il ne s’agit que d’une réflexion parmi d’autres sur un thème crucial, mieux détaillé dans le livre blanc de Mentor « A Complete Guide to Enclosure Thermal Design… 14 Key Considerations », ou « Guide complet pour la conception thermique du boîtier… 14 suggestions clés » que nous évoquions plus haut et que nous vous invitons à télécharger dans notre version accompagnée d’une synthèse en français.

Téléchargez dès maintenant le livre électronique avec la synthèse en français :

A Complete Guide to Enclosure Thermal Design… 14 Key Considerations

Le livre blanc de Mentor Graphics et Cadlog avec 14 conseils précieux pour une conception thermique vraiment complète : « Guide complet pour la conception thermique du boîtier… 14 suggestions clés« .

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