Caso di studio sulla progettazione termica di uno smartphone

Introduzione

Verso la fine del 2009, Palm rilasciò uno dei suoi smartphone più piccoli, al tempo chiamato Pixi. A causa delle sue dimensioni ridotte, Pixi presentava diversi problemi di natura termica. Palm si rivolse ad Aavid, la Divisione di gestione termica di Boyd Corporation, per una valutazione termica generale e per migliorare il rendimento termico del telefono per la versione di nuova generazione. Aavid fu in grado di fornire una soluzione termica per migliorare il rendimento di Pixi in svariate configurazioni.

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La sfida

Pixi presenta un display touchscreen da 2,63 pollici e una tastiera QWERTY. Oltre che con il caricatore con cavo per la ricarica, Palm Pixi può essere ricaricato usando un dock di ricarica wireless Palm Touchstone. Sul supporto di plastica è installata una piastra in metallo che protegge la batteria e la minuteria all'interno.

Pixi deve essere progettato in CFD sulla base di precedenti condizioni di collaudo fornite dal cliente. Un modello di riferimento in CFD è validato per corrispondere ai dati dei test di collaudo. Il telefono deve essere raffreddato mediante convezione naturale a temperatura ambiente sotto tre diversi orientamenti: orizzontale rispetto al tavolo, verticale rispetto al tavolo e inclinato di 7,5 gradi montato sul dock di ricarica. Quando il telefono è montato sul dock di ricarica, il dock fornisce inoltre ulteriore calore che è a diretto contatto con la parte posteriore del telefono e con la batteria.

Il limite termico CFD del telefono Pixi include: le temperature massime operative dei componenti, la temperatura del telefono al tatto e la temperatura operativa della batteria.

I risultati CFD iniziali hanno mostrato che:
- Nel lato frontale del telefono, la maggior parte del calore superficiale è concentrata nell'area della tastiera.
- La batteria viene riscaldata dai componenti nella scheda del processore principale.
- Quando il telefono è montato sul dock di ricarica, la parte posteriore e la batteria sono leggermente più alte, se comparate con gli altri orientamenti.

La soluzione

Con il risultato CFD iniziale, è stato determinato che l'orientamento verticale ha una lettura della temperatura leggermente superiore rispetto all'orientamento orizzontale, ma quando il telefono è montato sul dock di ricarica la temperatura aumenta ancora. Dato che gran parte dei componenti sono sicuri dal punto di vista termico, l'attenzione principale è rivolta a tentare di abbassare la temperatura operativa della batteria. La batteria viene riscaldata dai componenti del PCB principale e PCB AUX e dal dock di ricarica dal lato posteriore. L'isolamento aerogel è disposto attorno alle cavità laterali e posteriori della batteria per aiutare a isolare la batteria e ad abbassarne la temperatura. Un ulteriore rivestimento in metallo è stato aggiunto alla copertura interna per migliorare la diffusione del calore sulla superficie e ridurre la temperatura superficiale al tatto.

Esito finale

Aavid ha offerto un report dettagliato della valutazione del telefono Pixi in vari orientamenti, mediante il modello CFD. Il risultato CFD è confrontabile con i dati del test termico. Il risultato CFD mostra le regioni calde localizzate sulla superficie del telefono e la necessità di ridurre la temperatura della batteria. Aggiungendo aerogel attorno alla batteria e un rivestimento in metallo sulla superficie interna della copertura del telefono, la temperatura superficiale generale e la temperatura della batteria sono migliorate. Questi significativi miglioramenti aiutano a migliorare la performance generale del telefono. I miglioramenti termici suggeriti da Aavid hanno consentito a Palm di procedere al lancio della nuova generazione di Pixi con maggiore sicurezza.

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