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RÉSUMÉ
Les cartes informatiques, utilisées dans les produits de bureautique, portables ou destinés à des systèmes d’entreprises, sont constituées d’un grand nombre de composants standards et de mémoires autour de processeurs assurant le traitement des données. Elles sont caractérisées par des performances élevées, une très grande complexité et des caractéristiques physiques exigeantes liées aux contraintes électriques et thermiques et mécaniques des processeurs. Les processeurs en pleine évolution et les nombreux challenges technologiques influencent fortement les règles de conception de ces cartes.
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Jean JOLY : Ingénieur ENSEA - Ancien Responsable Développement Packaging Bull SA - Consultant 3JConseil
INTRODUCTION
Les cartes informatiques sont-elles différentes des autres supports d’interconnexion ? Qui différencie ces cartes des autres circuits imprimés couramment utilisés dans d’autres produits ou systèmes électroniques ?
D’après le découpage de iNEMI , ces cartes sont utilisées dans les familles des produits « bureautique et gros systèmes d’entreprises », par exemple, les systèmes de stockage de masse, les serveurs et ordinateurs de bureau, les postes de travail et les ordinateurs personnels, ou bien dans les « produits portables », par exemple les ordinateurs portables, les PDA, les notebooks, etc.
Les cartes de ces produits sont constituées par l’assemblage d’un grand nombre de composants standards et de mémoires autour d’un ou plusieurs processeurs qui assurent le traitement des données.
Les cartes informatiques sont caractérisées par :
-
des performances électriques élevées (rapidité) liées à celle des processeurs ;
-
une très grande complexité liée à l’important nombre d’interconnexions des composants ;
-
des caractéristiques physiques exigeantes liées aux contraintes électriques et thermiques et mécaniques des processeurs.
En général, les cartes informatiques nécessitent donc :
-
des grandes dimensions ;
-
un nombre de couches important pour assurer le routage des signaux ;
-
des matériaux performants pour assurer la rapidité des signaux sans en altérer la forme ;
-
des propriétés thermomécaniques qui permettent de garantir le refroidissement des processeurs et d’assurer la fiabilité de fonctionnement des systèmes.
Dans ce dossier [] et le suivant [], nous analysons successivement tous les points liés à la conception des cartes en partant de l’évolution des processeurs et des challenges technologiques à prévoir dans les prochaines années.
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4. Refroidissement des cartes informatiques
L’élévation de la puissance dissipée P par les processeurs et le maintien d’une température de fonctionnement des systèmes compatible avec les exigences de fiabilité rendent nécessaire l’utilisation de procédés de refroidissement adaptés. Il est difficile d’aborder le refroidissement des cartes sans tenir de l’environnement système.
carte CPU d’un ordinateur portable, carte d’un ordinateur de bureau montée dans un rack.
La notion fondamentale de l’analyse thermique au niveau des composants ou systèmes est la résistance thermique Rth exprimée en oC/ W (ou conductivité thermique 1/R th).
Pour un composant, l’écart de température Δt entre la surface de la puce et le milieu ambiant s’exprime selon la formule :
Les matériaux les plus courants utilisés pour la construction thermique des composants et des cartes électroniques sont :
-
le cuivre de conductivité thermique 398 W/ m · K ;
-
les graisses thermiques (interface radiateur/boîtier) de conductivité thermique 1,1 W/ m · K ;
-
l’alumine (boîtier céramique) de conductivité thermique 21 W/ m · K ;
-
le silicium de conductivité thermique 84 W/ m · K ;
-
l’époxy de conductivité thermique 0,2 W/ m · K ;
-
l’air de conductivité thermique 0,03 W/ m · K.
L’étude de la chaîne thermique se fait par analogie électrique (2D) ou méthode des éléments finis (3D). Des logiciels commerciaux ANSYS, FLOWTHERM, FLOMERICS permettent, d’après les caractéristiques physiques des matériaux, la géométrie des empilages et les conditions de fonctionnement, d’évaluer les températures prises par les différents éléments
d’une fonction microélectronique. Il faut rappeler que la fiabilité des circuits intégrés est directement corrélée à la température de...
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BIBLIOGRAPHIE
-
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-
(2) - * - International Technology Roadmap for Semi Conductors ITRS Edition (2005).
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(3) - * - International Printed Circuit IPC National Technology Roadmap Overview (2002/2003).
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(4) - * - Intel : Technology Journal et Technology @ Intel Magazine.
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(5) - Material and Processes for Microwave. - ISHM (1991).
-
(6) - CHEN (R.Y.) - Signal Integrity. - Sigrity, Inc. IEEE EMC Symposium.
-
(7) - BOGATIN (E.) - Printed Circuit Design and Manufacturing. -
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