Analyse thermique d’une carte électronique

Cette carte électronique est composée notamment d’un processeur, siège d’une dissipation thermique importante. Son fonctionnement ne peut être assuré que par un maintient de sa température à un niveau inférieur à une température critique. Un dissipateur thermique ainsi qu’un ventilateur sont utilisés à cette fin. L’étude présentée ici propose de déterminer la température maximale atteinte par le processeur à l’aide de l’outil de simulation numérique en mécanique des fluides et thermique (CFD Computational Fluid Dynamics).

Conditions aux limites et modèles physiques

• Une puissance thermique (puissance volumique en W/m³) est imposée sur les composants concernés : le processeur, une résistance et un condensateur.
• Le mouvement du ventilateur est pris en compte par imposition d’une vitesse de rotation.
• La carte électronique est située dans un air ambiant à 20°C
• L’échange entre l’air et le dissipateur se fait principalement par convection forcée. La dilatation de l’air et les effets de convection naturelle sont également pris en compte dans la maquette CFD Computational Fluid Dynamics.
• Une résistance thermique de contact est imposée entre le processeur et le dissipateur thermique qui peut être minimisée dans la pratique par l’utilisation d’une pâte thermique.

Résultats

Le dissipateur thermique en aluminium a une température relativement homogène en tout point. Ses ailettes sont bien alimentées par le flux d’air forcé par le ventilateur. La dissipation se fait donc de manière homogène sur la surface de contact avec le processeur. Le processeur atteint donc sa température maximale en son centre.

Poursuite de l’étude

Les conditions de fonctionnement et de refroidissement conduisent à des températures un peu élevée (81°C). On peut envisager d’optimiser le dissipateur et le ventilateur. La puissance dissipée dans le processeur est importante compte tenu de son faible volume ce qui risque de rendre nécessaire le changement de technologie de refroidissement avec par exemple l’utilisation de modules Peltier.