ATELIER CNES CONTRÔLE THERMIQUE ET COMPOSANTS / ASSEMBLAGES ELECTRONIQUES

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1 ATELIER CNES CONTRÔLE THERMIQUE ET COMPOSANTS / ASSEMBLAGES ELECTRONIQUES TOULOUSE, 21 et 22 novembre 2001 Olivier BOUCHARD A.E.R. 106, rue du lieutenant Petit-Leroy CHEVILLY-LARUE tel : fax : aer@wanadoo.fr -

2 COHABITATION COMPOSANT / REGULATION THERMIQUE (1/2) Problèmes : - proximité régulation thermique / composant - Nature des matériaux (adaptation aux composants) - Transition d échelle Optique de réduction de masse : les éléments passifs classiques ne sont plus des solutions viables (Cu-W) IMPERATIF : travailler au plus près du composant

3 Élément rapporté avec I/F Elément intégré au boitier COHABITATION COMPOSANT / REGULATION THERMIQUE (2/2) Voies de solutions Concept de refroidissement Techniques proposées par A.E.R. DISTANCE AU COMPOSANT DENSITE DE PUISSANCE ACTIF : CIRCULATION AUTONOME Micro boucle fluide - TEFNET 5 W/cm² Microcaloduc ACTIF : CIRCULATION FORCEE Micro boucle fluide monophasique 50 W/cm² PASSIF Boîtiers E-material Avec réseau fluide Massif 500 W/cm² CLD

4 E MATERIALS (1/3) Composite à Matrice Metallique (MMC) : Caractéristiques intrinsèques fortes : - matrice : beryllium (20 à 60%) - Charge : poudre de cristaux de BeO - haut module (faibles contraintes transmises aux composants - haute conductivité thermique (sup. aux alliages d Al) - très faible masse volumique (env. 2g/cm 3 ) - faible dilatation thermique ajustable (teneur en BeO)

5 E MATERIALS (2/3) PROPRIETES Grade Density Modulus GPa Thermal Conductivity W/m/ K CTE ppm/ C Specific Heat J/gK E E E CuW 25/

6 E MATERIALS (3/3) Applications : Boîtiers électroniques : support mécanique et répartition de chaleur Boîtiers avec réseaux fluides : refroidissement par boucle fluide monophasique (acétone) STATUT ACTUEL : démonstrateur demandé par RAYTHEON pour un réseau fluide monophasique en E-material (application embarquée)

7 BOUCLE FLUIDE MONO PHASIQUE Boucle fluide rapportée au niveau du composant Elément brasé à haute caractéristique thermique : - haute densité thermique admissible (300W/cm²) Applications : refroidissement de diode LASER (NEC) puissance : 15 W masse de l échangeur : 10g

8 MICRO CALODUC PLAT (1/3) -Assemblage par thermocompression de feuillets plans individuels Création d un réseau fluide. - Matériaux employés : - Cu / H 2 O - Al / NH 3 -Dimensions caractéristiques : - Lmax : 300mm - ép. : 2mm

9 Etat du développement : MICRO CALODUC PLAT (2/3) - Solution cuivre / eau Résultat obtenus : conductance : 15x celle du cuivre densité de puissance : 5W/cm² Coup d arrêt : les feuillets ne sont plus disponibles Changement du mode d assemblage : nouveaux essais en HIP - Solution Al / NH 3 Essais de validation des procédés réalisés (octobre 2001) Problèmes de conservation de la géométrie lors des assemblages STATUT ACTUEL : Technique Cu/H2O : non disponible avant plusieurs mois Technique Al/NH3 : fin des essais prévus début 2002

10 MICRO CALODUC PLAT (3/3) EXEMPLE D APPLICATION POTENTIELLE Liaison thermique flexible pour Terminal LASER de communication inter-satellite

11 MICRO BOUCLES FLUIDES (1/3) Technique TEFNET -Intégration d un réseau fluide diphasique dans de l AlBeMet Process d assemblage : technique des poudres permettant d obtenir des ébauches avec des réseaux solubles Réseaux pour boucles fluides : monophasiques / diphasiques circulation forcée / autonome 2 finitions disponibles : - zone d échange thermique microporeuse - revêtement Inox (neutralité fluide / structure) STATUT ACTUEL : Techniques validées (noyau soluble, brasage, porosité ajoutée) Collaboration avec un partenaire Européen sur une boucle fluide

12 MICRO BOUCLES FLUIDES (2/3) Exemple d application Plaque froide Client : NEC Boucle fluide diphasique : développée en coopération avec un partenaire Européen Objectifs : 30W, L>200mm, gradient : 4 c, matière : AlBeMet. (Sous Non Disclosure Agreement)

13 MICRO BOUCLES FLUIDES (3/3) optimisation des conduits Neutralité fluide structure gaines (inox) Coupe de conduits : gainés inox (circulaire) brut (rectangulaires) (Application : structure pour TOSHIBA ) θ Diminution des gradients thermiques : I/F fluide / structure 4 c 1 c 4 c Solution de gain aux I/F : Technique MSP Zone adiabatique évaporateur condenseur