Comportement thermique des Comportement thermique des
composants électroniques : application composants électroniques : application
aux auto radios (Siemens) aux auto radios (Siemens)
Mth 6301
Planification et analyse d’expériences Professeur : Bernard Clément
Présenté par : Nicolas Tranchant
21 Avril 2004
École Polytechnique de Montréal
Plan de la présentation Plan de la présentation
1) Présentation du domaine d’étude
2) Modélisation physique et théorique
3) Exemple d’essais thermiques
4) Problématique et plan d’essais
5) Conclusion sur l’importance du plan
d’essais
1) Un Auto Radio 1) Un Auto Radio
Amplifier 16 / 18.8W
3V3 CD Reg.
0.56 / 0.7W CDSP 0.5 / 0.7W
µP 0.4 / 0.5W
CAN 0.1 / 0.2W Tuner
0.92 / 1.3W
Active Antenna 0.1 / 0.15W
Front Supply 0.13 / 0.17W
Stabic 3.1 / 5.5W 8V CD Reg.
1.76 / 3.36W
Microprocesseur pour le son (CDSP) et le reste Régulateurs alimentant
le drive et le reste
1) Comportement Thermique 1) Comportement Thermique
Modélisation Répartition de la Température
Vue du refroidisseur de l’amplificateur
2) Modélisation du refroidisseur et de 2) Modélisation du refroidisseur et de
son environnement son environnement
0.02 mm trou
thermique
Composant PWB (T°= 100°C) Tamb ext = 65°C
Tamb int = 80°C
Mur 1
Mur 3 Mur 2
Refroidisseur
2) Modélisation théorique 2) Modélisation théorique
Tpwb = 373 K Ta = 338 K Ta* = 353 K
Tc
Tj
Tpwb
Ta Ta
Rj/pwb Rjc
RRdca*
Rcvca*
RRdca
Rcvca
Tj : Température de jonction du composant (au niveau de la puce) Tc : Température du refroidisseur
Tamb ext (Ta) Tamb int (Ta*)
2) Échanges physiques 2) Échanges physiques
CONDUCTION CONVECTION RADIATION
3) Validation thermique d’un poste 3) Validation thermique d’un poste
Boite d’acquisition des sondes
Charges 4 ohms simulant les hauts parleurs
Poste RD3 Alimentation 13V5
3)Résultats des essais 3)Résultats des essais
RD3 Thermal test (Tuner)
-60,00 -40,00 -20,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260
Time(min)
Temperature(°C)
4) Problématique 4) Problématique
¾Comprendre le comportement dynamique du refroidisseur afin qu’il puisse supporter les sauts de puissance
¾Trouver les facteurs liés au refroidisseur
pouvant influencer son comportement dynamique
¾Faire des mesures répétées ou simplement considérer des points significatifs avant le régime permanent
¾Optimiser les facteurs prépondérants
4) Facteurs et plan d’essais 4) Facteurs et plan d’essais
Cuivre 20
30 70
30 2
Mod2
Aluminium 10
20 50
20 1
Mod1
Matériau Largeur 3
Largeur 1 Longueur 2 et 3
Longueur 1 Épaisseur
Facteur 7 Facteur 6
Facteur 5 Facteur 3
Facteur 2 Facteur 1
On choisit un plan fractionnaire pour 7 facteurs à 2 modalités. 16 essais pour un niveau de résolution IV. Il serait bon de pouvoir bloquer le tout avec deux bancs d’essais mais l’entreprise doit en disposer… On procède ensuite à l’optimisation des facteurs à forte influence.
Mur 1
Mur 3 Mur 2
Les variables de sortie sont la température à deux endroits du refroidisseur et sur le boîtier du composant. La valeur à minimiser est la température du composant Y3
Y1 Y2
Conclusion Conclusion
z
Importance de certains facteurs :
–
la diminution de l’épaisseur du refroidisseur de 0.5 mm ferait économiser 300 000 dollars à l’entreprise !
–
Différence de coût entre l’aluminium et le cuivre
z
