FloTherm XT

Comment faire : un exemple optimal de conception électronique basée sur la simulation

on 10 octobre 2019

Dans ce bref tutorial, nous pouvons voir comment intégrer la simulation thermique à la conception d’un dispositif électronique. C’est un cas concret de conception basée sur la simulation, l’approche proposée par Siemens qui permet de gagner du temps et de réduire les coûts du projet, afin d’être plus compétitif sur le marché.

Dans cet exemple spécifique, nous pouvons voir comment dimensionner un dissipateur thermique en fonction de la simulation thermique calculée par Simcenter FloTHERM XT, sans jamais quitter l’environnement de conception électronique. Si le concepteur avait attendu la fin du projet pour simuler le dissipateur de chaleur il aurait peut être eu la mauvaise surprise de devoir le redimensionner. Dans ce cas, il aurait probablement été nécessaire de retravailler d’autres parties du projet, à la fois dans le PCB et dans le boîtier.

Dans le diagramme ci-dessous, nous pouvons voir les différences entre la méthode traditionnelle et la conception basée sur la simulation.

Méthode traditionnelle

  • Les concepteurs – électroniques ou mécaniques – terminent le projet et le transmettent ensuite aux experts en simulation pour procéder aux améliorations.
  • Pour chaque modification demandée, les différentes phases de conception doivent être réitérées.
  • Tout changement éventuel entraîne des coûts importants.
  • Plusieurs prototypes physiques peuvent être nécessaires.

Conception basée sur la simulation

  • Les concepteurs – électroniques ou mécaniques – effectuent des simulations dès les premières étapes de la conception.
  • Les changements nécessaires sont identifiés immédiatement et peuvent être effectués rapidement.
  • Il est possible d’expérimenter différentes variations en très peu d’effort
  • Le prototypage est virtuel.

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Il vous expliquera comment mettre en place une conception basée sur la simulation dans votre entreprise.

stefano morlacchi

Stefano Morlacchi
Chef de produit

Plus de 10 ans d’expérience dans le dans le domaine des analyses numériques, en biomécanique, automobile et énergie. Expert en formation, assistance technique avant et après vente pour les logiciels CAE. Au sein de Cadlog, il occupe le poste de chef de produit pour les logiciels de la branche de l’analyse thermique et de la dynamique des fluides (FloTHERM, FloEFD, FloMASTER) ainsi que pour le câblage et le harnais.


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CadlogComment faire : un exemple optimal de conception électronique basée sur la simulation

Obtenir de meilleurs produits à moindre coût grâce à une conception basée sur la simulation

on 25 septembre 2019

La conception basée sur la simulation consiste en l’utilisation de la simulation (électronique ou mécanique) par les concepteurs aux premières étapes du processus de conception. Dans cet article, nous verrons comment cela permet d’obtenir des produits plus innovants, une plus grande probabilité que tout fonctionne du premier coup, et moins de risques que des changements importants soient nécessaires aux étapes avancées du processus de conception.

Aujourd’hui, le fait que la priorité numéro une des concepteurs soit de lancer rapidement des produits innovants sur le marché n’est plus un secret. Auparavant, cela impliquait d’achever le projet initial et de le livrer à un groupe d’experts en simulation afin de gérer les itérations et l’optimisation du projet. Bien que l’expérience des experts soit toujours appréciée, leur contribution à la phase finale du projet est de plus en plus devenue un goulot d’étranglement.

La tendance est aujourd’hui différente. Poussés par les pressions et les défis du marché, les meilleurs concepteurs du secteur ont de plus en plus recours à la simulation lors de la phase de conception.

Les pressions et les défis qui motivent le recours à la conception basée sur la simulation

Les pressions et les défis quotidiens de la production poussent les concepteurs à utiliser la simulation plus tôt dans le processus de conception et à charger l’équipe de conception de sa réalisation.

Les fabricants sont sous pression pour mieux comprendre le comportement du produit dès la phase de conception. La nécessité d’une plus grande innovation est fondamentale et constitue un catalyseur pour la création de nouvelles opportunités sur le marché. Outre la nécessité d’innover, il existe une pression énorme pour différencier les produits en termes de qualité, de fiabilité et de fonctionnalité.

Il y a moins de temps pour développer des produits innovants, en raison de programmes de développement plus courts et de la nécessité d’accélérer la mise sur le marché. Les clients réclament également des produits à faible coût, même s’ils ont besoin à la fois de fonctionnalités plus riches et « intelligentes ».

À ces pressions s’ajoutent les nombreux défis que doivent relever les concepteurs. Les produits deviennent de plus en plus complexes, mais la tolérance aux défauts de conception est également moins grande. Bien que la pression exercée pour créer des produits différenciés soit élevée, il est de plus en plus difficile de satisfaire cette différenciation, en particulier face à des ressources de développement limitées. De plus, les concepteurs doivent lancer des produits qui réduisent les coûts liés cycle de vie (garantie, rappel, etc.).

Pour atténuer la tension créée par de tels pressions et défis, les meilleurs concepteurs savent comment réagir. Confrontés à des délais de conception plus longs, à des délais de mise sur le marché plus courts et à des exigences de qualité croissantes, ils ont découvert un meilleur moyen d’innovation produit : la conception basée sur la simulation.

Pourquoi les « Top Entreprises » adoptent une conception basée sur la simulation 

Le principe de la conception basée sur la simulation est simple. Les concepteurs étant plus nombreux que les experts en simulation – dans un rapport de 5 pour 1 ou même de 10 pour 1 – le groupe de spécialistes en simulation est devenu un goulot d’étranglement dans le processus de conception. Les « Top Entreprises » du secteur ont donc réagi en introduisant la simulation directement dans l’environnement de conception. Le principe est le même que celui exprimé dans le célèbre proverbe : « Donnez un poisson à un homme, il mangera un jour. Apprenez-lui à pêcher, il mangera toute sa vie« . En pratique, la ressource des spécialistes de la simulation est mieux utilisée lorsqu’elle est un levier pour les concepteurs, afin de les conseiller pendant qu’ils simulent eux-mêmes, plutôt que de le faire à leur place.

D’après une étude du groupe Aberdeen, que nous vous mettons à disposition en téléchargement gratuit, il apparaît que 87% des « Top Entreprises » de la catégorie ont utilisé la simulation, contre 75% deux ans plus tôt. De plus, la value proposition de la simulation s’est déplacée vers les phases de conception du développement de produit.

Parmi les « Top Entreprises » de la catégorie, l’impact positif de la simulation s’est déplacé à gauche dans les phases de développement de produits axé sur la conception. Dans ces phases, l’impact positif maximum de la simulation est atteint, avec un pic dans la phase de conception détaillée au niveau des composants. Parmi tous les autres types d’entreprises, le pic reste en phase de vérification et de test. 

Avec une conception basée sur la simulation, les « Top Entreprises » garantissent le succès de différentes manières. Dans ce nouveau modèle centré sur le concepteur, les experts en simulation travaillent beaucoup avec les concepteurs lorsqu’ils ceux-ci simulent seuls. De plus, les « Top Entreprises » acquièrent les compétences des experts CAE et les rendent plus accessibles aux concepteurs. Enfin, 73% des « Top Entreprises » vérifient d’abord la conception du produit, dans le processus de développement, au moyen d’une modélisation informatique. Cette dernière étape est essentielle pour garantir que le concept du produit fonctionne correctement du premier coup. 

Alors que les « Top Entreprises » se tournent vers la conception basée sur la simulation, elles veillent également à recueillir et à partager les meilleures pratiques et compétences en matière de simulation, et à les mettre à la disposition des non-experts. Cela encourage et permet aux non-experts de se mettre à jour sur les techniques de simulation modernes. 

Les avantages de la conception basée sur la simulation

La conception basée sur la simulation porte-t-elle ses fruits ? Le rapport du groupe Aberdeen suggère fortement qu’il en est ainsi. Les « Top Entreprises » du secteur qui mettent en œuvre une conception basée sur la simulation présentent des avantages significatifs en termes de coûts de développement de produit, de délai de mise sur le marché et de qualité. 

Les meilleurs concepteurs qui implémentent la simulation au début du processus de conception surpassent facilement tous les autres, en ce qui concerne le coût du produit, son lancement et ses objectifs en termes de revenus et de qualité. Ce succès est directement attribuable à la volonté de simulation des concepteurs et à leur capacité à itérer et à innover. Cela se traduit par des projets de produits optimisés et innovants.

Les « Top Entreprises » de la catégorie ont également économisé du temps d’itération du produit, réduisant ainsi le développement de prototypes et les délais de développement.

Comme le savent tous les ingénieurs en conception, le coût d’un faux pas dans la conception est très élevé. Plus tard un problème de conception se pose, plus il est coûteux de le résoudre ou de le retravailler. La conception basée sur la simulation résout ce problème en déplaçant la simulation aux étapes précédentes dans la conception du produit. Cela rapporte beaucoup, avec une augmentation de 21% du nombre d’ordres de modification technique (ECO) émis après la sortie de la production. Tous les autres, qui n’ont pas implémenté de conception basée sur la simulation, ont connu une augmentation de 3% de l’ECO. Grâce à l’augmentation du prototypage virtuel, les meilleurs concepteurs du secteur ont construit 27% de prototypes physiques en moins. Enfin, les « Top Entreprises » ont amélioré leur temps de développement de 29%.

Conclusions et recommandations clés

Aberdeen Group recommande aux concepteurs d’atteindre leurs objectifs grâce à une conception basée sur la simulation afin de respecter au mieux les objectifs de délai de mise sur le marché, de qualité et de coût, et de contrer les pressions exercées sur la production.

  • Adopter la conception basée sur la simulation pour l’innovation de produit. La raison pour laquelle les meilleurs concepteurs ont réduit leurs prototypes physiques de 27% est due au fait qu’ils ont opté pour des prototypes virtuels et des tests virtuels. Cela leur a permis d’explorer des centaines d’itérations de conception (ou plus) et de se concentrer sur les conceptions les plus innovantes au potentiel d’innovation le plus élevé.
  • Adopter la conception basée sur la simulation pour un meilleur temps de mise sur le marché. Les meilleurs concepteurs de la catégorie ont amélioré leurs temps de développement de 29%, soit six fois plus que tous les autres. Les grandes entreprises ont également atteint les objectifs de délai de mise sur le marché 76% du temps, soit 17% de plus que toutes les autres.
  • Adopter la conception basée sur la simulation pour une qualité supérieure. 77% des meilleures entreprises de la catégorie ont atteint leurs objectifs de qualité produit. En outre, les produits « Top » étaient plus susceptibles de fonctionner correctement dès la première fois et moins susceptibles de nécessiter des changements, car les « Entreprises Top » avaient amélioré leurs ECO de 21% après leur mise en production.
  • Adopter la conception basée sur la simulation pour réduire les coûts. 71% des concepteurs des « Top Entreprises » ont atteint leurs objectifs de coûts du produit, contre 63% pour les autres.

thomas edison

Thomas Edison a dit un jour que le génie était « 1% d’inspiration et 99% de transpiration ». La conception basée sur la simulation met à jour la maxime d’Edison, permettant aux concepteurs d’innover via le prototypage virtuel et les tests virtuels. Cette nouvelle façon de faire élimine la « transpiration » du prototypage physique. Les concepteurs sont désormais libres de tester des centaines (voire des milliers) de solutions de remplacement jusqu’à ce qu’ils soient « inspirés » par le choix de conception de produit le plus innovant.

Edison a essayé plus de 1 000 prototypes physiques de l’ampoule à incandescence, avant de découvrir que le modeste filament de carbone à base de bambou produisait une ampoule d’une durée supérieure à 1 200 heures. En choisissant une conception basée sur la simulation, les ingénieurs tirent le meilleur parti des deux mondes : un produit innovant qui répond également aux objectifs de délai de mise sur le marché, de coût et de qualité.

Livre blanc

Le rapport Aberdeen sur la conception basée sur la simulation

Le texte complet de « The Benefits of Simulation-Driven Design », une étude du groupe Aberdeen sur l’adoption de la conception basée sur la simulation (Simulation-Driven Design). Cette approche nécessite que les concepteurs eux-mêmes traitent la simulation dès les phases initiales du projet et soient en mesure d’essayer différentes variantes et de voir celles qui fonctionnent le mieux, sans avoir à recourir à des prototypes physiques. Le document explique en détail comment les « Top Entreprises » du secteur électronique peuvent réduire les coûts et les délais de lancement de produits grâce à une conception basée sur la simulation.

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Celine WagnerObtenir de meilleurs produits à moindre coût grâce à une conception basée sur la simulation

Prévoir la dissipation de chaleur produite par l’effet Joule, 2 exemples pratiques

on 13 mai 2019

L’effet Joule est l’un des principaux phénomènes qui se produit dans les appareils électroniques lorsque l’énergie électrique est transformée en énergie thermique. En résumé, l’effet Joule est la production de chaleur due à la circulation d’un certain courant dans un matériau conducteur lui opposant une résistance.

Dans certains cas, l’effet Joule est recherché – comme dans les fusibles, dans les sèche-cheveux ou dans les fours électriques – mais dans la plupart des cas, c’est une conséquence inévitable générant une chaleur indésirée et potentiellement nocive. Du point de vue des personnes impliquées dans la simulation thermique d’un dispositif électronique, il s’agit d’un problème qui nécessite une identification claire, dans un environnement de conception en 3D.

L’effet Joule peut être géré efficacement avec un outil tel que Simcenter FloTHERM XT, le simulateur thermique intégré de PADS Professional. Cette solution de conception de PCB proposée par Mentor et Siemens a été conçue pour les petites et moyennes entreprises de conception électronique. L’effet joule est maintenant pleinement pris en compte dans les dernières versions de FloTHERM XT.

Les domaines d’application typiques de la simulation de la chaleur produite par effet Joule sont : les « bus bars » (jeu de barres), les plans d’alimentation/les plans de masse des PCB ou des substrats des BGA, les « lead frames » (cadre conducteur) et les fusibles. Ils peuvent tous jouer un rôle prépondérant dans la dissipation totale de la puissance dans un système.

Exemple 1 – Simulation thermique d’un fusible

Ci-dessous, nous voyons l’exemple typique d’un fusible monté sur un circuit imprimé. La cartouche du fusible a été masquée pour plus de clarté. Une valeur de courant est définie sur la piste. Un via connecte la sortie du fusible vers le plan de masse.

dissipazione termica per effetto joule

FloTHERM XT est capable d’animer des fluides continus comme : un flux de chaleur, un flux d’air ou un flux de courant. Cela permet d’examiner leurs directions et de trouver d’éventuelles obstructions. L’animation montre comment le courant électrique circule dans le circuit se traduisant par une température aux différents endroits.

dissipazione termica per effetto joule

La vitesse des flèches est donnée par la densité du courant, elle-même étroitement liée à la dissipation de puissance et à la température résultante. Notez la densité de courant élevée à l’intérieur du corps du fusible dans ce cas. FloTHERM XT peut également montrer la dissipation de puissance résultant de l’effet Joule. S’agissant d’une simulation 3D, la densité de puissance est exprimée en puissance par volume, dans ce cas mW/mm3.

dissipazione termica per effetto joule

Cependant, la température qui en résulte est l’élément le plus intéressant. Ici, les températures les plus élevées ont été relevées dans le corps du fusible.

dissipazione termica per effetto joule

Le rôle joué par le fusible implique un couplage entre le monde électrique et le monde thermique. Un accroissement de la température entraînera une augmentation de la résistivité électrique, ce qui augmentera la densité de courant et donc la puissance du chauffage par effet Joule, qui augmentera à son tour la température, etc. Si la chaleur est évacuée assez rapidement, un équilibre est obtenu et les conditions se stabilisent à une température constante. Si le couplage est trop fort, en particulier dans des conditions de courant élevé, la température augmentera jusqu’à ce que le fusible surchauffe et joue son rôle. FloTHERM XT est capable de gérer ce couplage grâce à sa possibilité de caractériser la résistivité électrique dépendant de la température.

Exemple 2 – Analyse du PDN d’un circuit imprimé

L’autre exemple que nous allons étudier montre les effets du chauffage par effet Joule sur le réseau de distribution des alimentations (PDN) d’un circuit imprimé. FloTHERM dispose d’une technologie unique pour la représentation complète en 3D des géométries aussi complexes que celles définies dans les plans d’alimentations des PCB  (dans ce cas, PADS Professional) qui peuvent être incluses dans une simulation de chauffage par effet Joule. Les tracés résultants montrent : la distribution de la tension (le PDN fonctionne comme prévu, en fournissant le potentiel de tension uniformément), l’amplitude de la densité de courant, la dissipation de puissance du chauffage par effet Joule résultant et enfin la température résultante.

Power Distribution Network (PDN)
Power Distribution Network (PDN)

Dans ce cas, nous aurons une très faible augmentation de température sur l’environnement. Dans l’électronique numérique « typique », c’est la dissipation de puissance dans les circuits intégrés (Die) qui dicte le comportement thermique du système, et non le chauffage par effet de Joule dans les PDN.

Chauffage par effet de Joule dans les circuits imprimés à forte puissance et les dispositifs électroniques : l’importance de la mécanique des fluides numérique dans la conception

Regardez le webinaire à la demande

webinar sulla disspipazione del calore prodotto per effetto Joule

L’effet Joule est la cause la plus fréquente de surchauffe dans les dispositifs électroniques, ce qui provoque souvent des retards dans le lancement des produits sur le marché. Mais il est possible d’intervenir facilement sur ce phénomène et ce depuis les premières phases de la conception

Dans ce webinaire, l’ingénieur Stefano Morlacchi montre comment il est possible d’utiliser FloTHERM XT pour modéliser l’effet Joule et obtenir des entrées valides au cours de la phase initiale du processus de conception. Vous verrez ensuite quels sont les avantages et les inconvénients des simulations de ce type et à quel point il est facile d’importer directement les circuits imprimés (PCB) dans l’environnement d’analyse thermique.

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CadlogPrévoir la dissipation de chaleur produite par l’effet Joule, 2 exemples pratiques

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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CadlogGuide pour la conception thermique des boîtiers pour les appareils électroniques

Toutes les caractéristiques techniques du projet de PCB récompensé par le dernier Technology Leadership Award

on 21 décembre 2017

Altice LabsL’entreprise portugaise Altice Labs a remporté le dernier Technology Leadership Award, le prix le plus prestigieux dans le domaine de la conception PCB, Mentor décerné aux meilleurs concepteurs dans l’élaboration de méthodes et d’outils innovants, capables de répondre aux défis impliqués par l’actuelle complexité des PCB et d’aboutir à des produits électroniques de premier plan.

Il s’agit d’une switching matrix card (carte de matrice de commutation) en mesure de transférer 1.6Tbps sur un système muni de 10 slots interconnectés avec des liaisons à 25Gbs, à travers un fond de panier pour différentes technologies : Gigabit ethernet, G-PON, XG-PON, NG-PON2, fiber-to-the-home (FTTH), fiber-to-the-building (FTTB), fiber-to-the-curb (FTTC), fiber-to-the-cell (FTTc), and fiber-to-the-business (FTTb).

Caractéristiques du projet

La carte a des caractéristiques uniques, car il n’existe aucune autre solution au monde qui utilise deux gestionnaires de trafic sur une même carte en si peu d’espace. Pour vous donner une idée, les cartes de démo des producteurs de puces n’utilisent qu’un CI dans le double d’espace de PCB avec le même nombre de couches. On compte plus de 20 blocs d’alimentation différents, qui ont ensuite été divisés en 100 autres. Tout cela demandait à être routé avec les plans et dans des couches spécifiques. Les délais requis pour la réalisation, du schéma au PCB assemblé, étaient de 3 mois.

La carte devait fonctionner et surmonter les tests à la première tentative, malgré les nombreuses contraintes, comme l’utilisation de matériaux à bas coût et donc une perte diélectrique importante, une carte de 28 couches, qui est la consommation maximum autorisée pour les CI 350 W. La RAM DDR4 demande une consommation moindre que celle de la DDR3. Pour plus de détails, veuillez consulter la fiche technique.

Défis de conception

Les vérifications de projet suivantes ont été effectuées : analyse d’intégrité de signal, analyse d’intégrité de puissance, analyse thermique, simulation numérique, test environnemental / EMC, analyse des vibrations.

La simulation des 32 mémoires DDR4 a tenu compte de la longueur des paquets, permettant aux concepteurs d’effectuer des changements rapides dans le routage et d’être sûrs qu’ils auraient fonctionné à la première tentative à des vitesses très élevées.

La carte a besoin de 200A rien que pour l’âme dans 2 BGA, sans compter les autres puces, rendant la conception particulièrement ardue si l’on considère les restrictions en termes d’alimentation de l’ensemble du système. La DDR4 a été préférée à la DDR3 justement en raison de sa moindre consommation énergétique. Toute cette puissance entraîne une chute de tension dans les plans qui demandait à être maîtrisée.

De plus, la carte émettait plus de 300W de chaleur, nécessitant l’insertion d’un ventilateur pour dissiper la chaleur des puces, notamment dans les cas où la température ambiante dépasse les 35°C.

Outils utilisés

Concernant les outils logiciels, l’équipe a fait appel au flot Xpedition, dans le cadre duquel ont également été utilisés : Hyperlynx SI, Flotherm XT, Design Capture, Autocad, Inventor.

L’équipe était composée de : Alfonso F. (Conception schématique) ; Carlos Monica (Topologie) ; Victor Soares (création des composants et gestion) ; Luiz Tavares (simulation mécanique et thermique).

Fiche technique du projet

En renseignant l’adresse email dans le champ ci-contre, vous pourrez télécharger la fiche technique détaillée du projet.

Topologie du PCB

(cliquez ici pour agrandir)

Demandez des informations:

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CadlogToutes les caractéristiques techniques du projet de PCB récompensé par le dernier Technology Leadership Award

Simulation thermique pour l’électronique, les nouveautés de FloTHERM XT V3.0

on 22 mars 2017

Nous vous proposons de découvrir les nouveautés les plus marquantes introduites dans le domaine de la simulation thermique et du refroidissement électronique par la version 3.0 de FloTHERM XT, l’outil de Mentor Graphics dédié à l’optimisation thermique dans les environnements de modélisation 3D électronique et mécanique. La version 3.0, en plus de la mise à jour des technologies clés, offre des améliorations à la fois en termes d’efficacité de conception et d’utilisabilité de l’interface, ainsi qu’une meilleure intégration avec d’autres produits EDA. Voici en bref les principales nouveautés dans chaque domaine.

Technologies clés de FloTHERM XT pour la simulation thermique

  • Introduction de 2 nouvelles SmartParts, le Ventilateur radial et le Ventilateur centrifuge.
  • Possibilité de créer la géométrie et la définition du flux dans les Ventilateurs avec une seule feuille de propriété.
  • Modélisation de régions rotatives, pour simuler explicitement les effets de géométries en rotation.
  • Nouvelles conditions au contour de puissance (W) en fonction de la température entre les Thermal Attributes, en utilisant directement la température moyenne de l’objet à laquelle elle est associée.

Amélioration de l’efficacité

  • L’étude paramétrique actuelle a été améliorée grâce à l’ajout de la fonction “Design of Experiments”. Elle est utilisable pour analyser l’espace de conception, identifier les surfaces de réponse et trouver une solution optimisée.
  • Les différents scénarios de la DOE peuvent être envoyés à des ordinateurs distants, dont il est possible d’optimiser l’utilisation en choisissant une modalité de répartition du calcul entre les différentes machines.

Amélioration de l’interface utilisateur

  • Dans la création du modèle, sont affichés les faces et les objets pouvant être sélectionnés pour une SmartPart non géométrique donnée, aussi bien au niveau du composant que de l’assemblage.
  • Possibilité d’utiliser les infobulles dans l’affichage des SmartParts non géométriques.
  • Revue des vérifications du maillage, avec l’ajout de nouvelles fonctionnalités et une meilleure utilisabilité. Les configurations du maillage local sont désormais plus prévisibles.
  • Amélioration de l’affichage des résultats et du post-traitement, avec les températures critiques des composants, les tracés linéaires, l’exportation au format Excel, les objectifs de volume et autres aspects.

Intégration avec d’autres produits d’EDA

  • Il existe deux flux possibles :
  • Importation directe de fichiers à partir d’autres outils de projet grâce à FloEDA Bridge
  • Utilisation de formats de fichier neutres pour créer et définir des modèles sans utiliser l’interface graphique standard

FloTHERM XT

Ottimizzazione termica in un ambiente di modellazione 3D elettronico e meccanico

FloTHERM XT utilise la simulation thermo-fluidique (naturelle et forcée) et celle thermique (conductive, convective et radiative) dès les premières phases de développement du projet.

« FloTHERM XT peut être utilisé dans toutes les phases de conception, améliorant la qualité du produit et sa fiabilité et écourtant les délais de commercialisation »

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CadlogSimulation thermique pour l’électronique, les nouveautés de FloTHERM XT V3.0

Simulation thermique: introduction à FloTHERM XT

on 13 février 2017

Habituellement, la conception thermique des appareils électroniques est laissée pour la fin du processus de conception, lorsque le gros du projet électronique et mécanique est presque achevé. Cette approche comporte de nombreuses reprises au cours de la phase finale du projet ainsi que de nombreuses itérations dues à des problématiques identifiées lors du prototypage physique. Cela entraîne des coûts de projet exorbitants, des produits qui arrivent en retard sur le marché et des délais trop courts pour explorer de meilleures alternatives pour le projet ou pour optimiser les stratégies de façon précoce, au moment où la simulation aurait le plus d’impact sur les choix opérés.

Afin d’affronter ce genre de problèmes, Mentor Graphics a compris la nécessité de donner forme à un processus de conception continu qui englobe l’ensemble des phases de la conception thermique dans l’électronique, du concept à la vérification, jusqu’au prototypage et à la production. L’intention était également celle de mettre en relation les flux Electronics Design Automation (EDA) et Mechanical Computer Aided Design (MCAD), autrement dit le CAO mécanique, aussi bien en ce qui concerne le travail du concepteur électronique que celui de l’expert thermique, mais en se concentrant sur le seul refroidissement électronique.

Pour ce faire, les développeurs ont exploité deux ADN parmi les plus puissants : FloTHERM, avec son pedigree de leader sur le marché du refroidissement électronique depuis un quart de siècle et FloEFD, une technologie générique de l’analyse thermique et de dynamique des fluides (CFD) insérée à l’intérieur du CAO. La synthèse de ces deux technologies a abouti à FloTHERM XT, un nouveau produit spécialisé dans le refroidissement électronique, qui accompagne les processus de conception du concept jusqu’à la production, venant élargir le rayon d’action de la gamme FloTHERM.

phases de la conception et de la production électronique

Fig. 1 – Les différentes phases de la conception et de la production électronique

Ce qui rend FloTHERM XT unique, c’est sa capacité à supporter les exigences thermiques du projet de son concept jusqu’à sa vérification finale, à travers une mise en oeuvre détaillée. En même temps, il préserve la cohérence du modèle de données et favorise une évolution en douceur de ces dernières lorsque des changements de nature mécanique ou topologique sont introduits.

Une solution technique unique a donc été développée qui met en relation les flux de CAO électronique et mécanique, introduisant notamment une capacité puissante, guidée par les exigences de production et qui se met automatiquement à jour en fonction de l’évolution de la topologie du PCB. FloTHERM XT est « CAO-centrique » (figure 2) au sein du projet et des opérations, tout en ayant une interface utilisateur configurable, en mesure de satisfaire à la fois les exigences du concepteur électronique et celles des experts thermiques, qui n’ont pas forcément besoin d’accéder à l’ensemble des fonctionnalités du CAO.

L'interfaccia CAD-Centrica di FloTHERM-XT

Fig. 2 – L’interface CAO-Centrique de FloTHERM-XT

Le produit s’intéresse exclusivement aux applications de refroidissement électronique et a été réalisé sur la base de la technologie innovante FloTHERM, en y ajoutant la puissance et la sophistication de FloEFD, une technologie générique dédiée au maillage et à la résolution des problèmes de dynamique des fluides.

De plus, FloTHERM XT comprend un module appelé FloEFD Bridge (figure 3), dans lequel tous les passages de la conception électronique sont semi-automatisés pour la préparation du modèle de PCB, y compris la définition de la tension du composant, permettant ainsi à un modèle complet de PCB d’être directement et facilement transféré à l’intérieur de FloTHERM XT.

L'interfaccia FloEDA Bridge di FloEFD

Fig. 3 – L’interfaccia FloEDA Bridge di FloEFD

FloTHERM est disponible en tant qu’outil autonome ou en tant qu’extension des fonctionnalités de PADS, sous le nom de PADS FloTHERM XT.

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CadlogSimulation thermique: introduction à FloTHERM XT