FR3058262A1 - Dispositif electronique protege - Google Patents

Dispositif electronique protege Download PDF

Info

Publication number
FR3058262A1
FR3058262A1 FR1660567A FR1660567A FR3058262A1 FR 3058262 A1 FR3058262 A1 FR 3058262A1 FR 1660567 A FR1660567 A FR 1660567A FR 1660567 A FR1660567 A FR 1660567A FR 3058262 A1 FR3058262 A1 FR 3058262A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
phase change
electronic device
change material
gel
electronic component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR1660567A
Other languages
English (en)
Inventor
Sebastien QUENARD
Lina LAIFA
Ulrich Soupremanien
Helga Szambolics
Olivier Verseux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Operations SAS
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority to FR1660567A priority Critical patent/FR3058262A1/fr
Priority to GB1717985.4A priority patent/GB2558723B/en
Priority to CN201711047544.3A priority patent/CN108012472B/zh
Priority to US15/799,500 priority patent/US10798850B2/en
Publication of FR3058262A1 publication Critical patent/FR3058262A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/02Details
    • H05K5/0217Mechanical details of casings
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/02Details
    • H05K5/0213Venting apertures; Constructional details thereof
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/10Elements for damping the movement of parts
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24Housings ; Casings for instruments
    • G01D11/245Housings for sensors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • H01L23/4275Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes by melting or evaporation of solids
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/20Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only
    • H04N23/21Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only from near infrared [NIR] radiation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/30Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33Transforming infrared radiation
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0007Casings
    • H05K9/0058Casings specially adapted for optoelectronic applications
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02Constructional details
    • G01J5/04Casings
    • G01J5/041Mountings in enclosures or in a particular environment
    • G01J5/044Environment with strong vibrations or shocks
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/55Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor with provision for heating or cooling, e.g. in aircraft
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50Constructional details
    • H04N23/51Housings
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/20445Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing the coupling element being an additional piece, e.g. thermal standoff
    • H05K7/20463Filling compound, e.g. potted resin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Casings For Electric Apparatus (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

Dispositif électronique comportant : - un composant électronique (12); un bouclier de protection comportant : - un matériau à changement de phase (20) présentant une température de changement de phase comprise entre 20°C et 90°C, - un gel antivibratoire (16) présentant un comportement hyperélastique et/ou viscoélastique à 20°C, - une barrière de séparation (18) disposée de manière à séparer le matériau à changement de phase et le gel antivibratoire, le gel antivibratoire étant disposé, au moins en partie, en contact avec le composant électronique, et présentant une conductivité thermique supérieure à 1 W/m.K à 20°C.

Description

Titulaire(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES Etablissement public.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : CABINET NONY.
FR 3 058 262 - A1 (54) DISPOSITIF ELECTRONIQUE PROTEGE.
©) Dispositif électronique comportant:
- un composant électronique (12); un bouclier de protection comportant:
- un matériau à changement de phase (20) présentant une température de changement de phase comprise entre 20°C et90°C,
- un gel antivibratoire (16) présentant un comportement hyperélastique et/ou viscoélastique à 20°C,
- une barrière de séparation (18) disposée de manière à séparer le matériau à changement de phase et le gel antivibratoire, le gel antivibratoire étant disposé, au moins en partie, en contact avec le composant électronique, et présentant une conductivité thermique supérieure à 1 W/m.K à 20°C.
i
DISPOSITIF ELECTRONIQUE PROTEGE
Domaine technique
L'invention concerne un dispositif électronique comportant un bouclier de protection contre les pics thermiques et les vibrations.
Etat de la technique
Les composants électroniques peuvent être utilisés dans des environnements vibratoires et thermiques sévères, par exemple dans des applications automobiles, aéronautiques ou spatiales, notamment dans l'environnement d'un moteur. Dans ces environnements, la température peut augmenter rapidement, jusqu'à des valeurs que ne peuvent supporter les composants électroniques.
Par exemple, classiquement, une caméra infrarouge de surveillance du fonctionnement d'un moteur ne supporte pas les températures supérieures à 85°C qui peuvent être provisoirement atteintes dans l'environnement du moteur. Un bouclier de protection thermique est donc nécessaire. Le bouclier de protection thermique peut notamment comporter des matériaux à changement de phase (MCP) capables d'absorber, pendant une durée limitée, une grande quantité d'énergie calorifique.
Dans les applications automobiles, aéronautiques ou spatiales, il est également indispensable de protéger le composant électronique contre les vibrations et/ou contre les chocs. Les environnements vibratoires sont très variables selon les applications. En particulier, les fréquences de vibration peuvent varier de 5 Hz à 2 KHz avec des pics d’accélération pouvant évoluer de 0,1 à 70 G pour un pic.
Il existe de nombreux matériaux connus pour absorber les vibrations, en particulier des élastomères et/ou des gels à base de silicone. Ces matériaux sont en général mis en œuvre à chaud pour permettre le pontage entre les macromolécules. Leur température d’utilisation maximale peut atteindre 150 à 250°C. Ils présentent classiquement un faible module d’élasticité, un facteur d’amortissement élevé et un comportement hyperélastique ou viscoélastique à une température supérieure à leur température de transition vitreuse. Ils sont généralement hautement déformables à température ambiante.
Par ailleurs, dans les applications automobiles, aéronautiques ou spatiales, le volume disponible pour le composant électronique est limité. La protection doit être particulièrement efficace.
Il existe un besoin permanent pour des solutions permettant de protéger efficacement un composant électronique utilisé dans des environnements vibratoires et thermiques sévères. Un objectif de l'invention est de répondre, au moins partiellement, à ce besoin.
Résumé de l'invention
L'invention propose un dispositif électronique comportant : un composant électronique ;
un bouclier de protection destiné à protéger le composant électronique d'un environnement vibratoire présentant des pics thermiques à une température supérieure à 80°C, le bouclier de protection comportant :
un matériau à changement de phase présentant une température de changement de phase comprise entre 20°C et 90°C, un gel antivibratoire, présentant un comportement hyperélastique et/ou viscoélastique à 20°C, une barrière de séparation disposée de manière à séparer le matériau à changement de phase et le gel antivibratoire, le gel antivibratoire étant disposé, au moins en partie, en contact avec le composant électronique, et présentant une conductivité thermique supérieure à 1 W/m.K à 20°C.
Les inventeurs ont observé que l'énergie calorifique dégagée par le composant électronique pouvait contribuer sensiblement à l'augmentation de la température du composant électronique. Contrairement à la pratique habituelle, qui consiste à favoriser l’isolation thermique du composant électronique, ils ont imaginé qu'il pouvait être utile de favoriser les échanges thermiques entre le composant électronique et le matériau à changement de phase, en particulier en disposant un gel antivibratoire présentant une conductivité thermique élevée en communication thermique étroite avec le matériau à changement de phase.
Comme on le verra plus en détail dans la suite de la description, le gel antivibratoire n'agit pas comme une barrière thermique mais favorise les échanges thermiques avec le matériau à changement de phase. Le matériau à changement de phase peut donc à la fois servir pour stocker l'énergie calorifique reçue de l'environnement extérieur, mais aussi reçue du composant électronique lui-même.
Cette double action du matériau à changement de phase permet avantageusement d'assurer une bonne protection du composant électronique, tout en limitant le volume occupé par le dispositif électronique.
Le choix d'un gel antivibratoire présentant une conductivité thermique élevée permet également d'améliorer les échanges thermiques avec l'extérieur lorsque la température de cet environnement est redevenue normale.
Un dispositif électronique selon l'invention peut encore comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles et préférées suivantes :
- le composant électronique est choisi dans le groupe formé par une alimentation électrique, par exemple une batterie, une mémoire de stockage de données, par exemple une carte SD, un nœud communicant, par exemple un organe d’un réseau sans fil, et un appareil de mesure, par exemple une caméra infrarouge, un capteur de température, un accéléromètre, un magnétomètre, un goniomètre, un capteur de pression, ou un pyromètre ;
- le gel anti vibratoire est choisi dans le groupe formé par les élastomères, de préférence réalisés à partir de silicone ;
- le gel antivibratoire présente de préférence une conductivité thermique supérieure à
1.5 W/m.K, de préférence supérieure à 2 W/m.K, de préférence supérieure à
2.5 W/m.K, de préférence supérieure à 3 W/m.K ;
- le gel antivibratoire présente un module d'élasticité à 20°C inférieur à lMPa ;
- le matériau à changement de phase présente une température de changement de phase de préférence supérieure à 40°C, de préférence supérieure à 60°C, et/ou inférieure à 85°C, de préférence inférieure à 80°C, de préférence inférieure à 70°C ;
- de préférence, le matériau à changement de phase est choisi dans le groupe formé par les matériaux à changement de phase organiques, en particulier les paraffines et les acides gras, et les matériaux à changement de phase inorganiques, en particulier les sels hydratés ;
- le composant électronique est de préférence noyé dans le gel antivibratoire ;
- la barrière de séparation est un matériau présentant une conductivité thermique supérieure à 5 W/m.K, de préférence supérieure à 10 W/m.K ;
- le gel antivibratoire et/ou le matériau à changement de phase est disposé sous la forme d’une couche ;
- le gel antivibratoire est disposé, au moins en partie, de préférence totalement, entre le composant électronique et le matériau à changement de phase, le gel antivibratoire et le matériau à changement de phase étant de préférence au moins en partie, de préférence totalement, sous la forme de couches ;
- la barrière de séparation est de préférence en plastique ou en un métal, de préférence choisi parmi l’aluminium, le cuivre, un acier, en particulier un acier inoxydable, et des alliages de ces métaux ;
- la barrière de séparation présente la forme d’une coque intérieure, présentant de préférence une épaisseur inférieure à 3 mm, à 2 mm, de préférence inférieure à 1 mm ;
- le composant électronique et le gel antivibratoire sont contenus dans la coque intérieure ; dans un mode de réalisation, une partie du composant électronique fait cependant saillie hors de la coque intérieure ;
- le bouclier de protection comporte une couche composite comportant un mélange dudit gel antivibratoire et dudit matériau à changement de phase ;
- le matériau à changement de phase est au moins en partie, voire totalement, contenu dans des capsules dispersées au sein du gel antivibratoire, la barrière de séparation étant alors, au moins en partie, de préférence totalement constituée par les parois desdites capsules, de préférence constituées en céramique, en silice ou en un polymère, de préférence en un polymère plastique de type polyéthylène ou polyamide, de préférence en un polymère thermodurcissable, la plus grande dimension d'une capsule quelconque étant de préférence inférieure à 1000 pm, à 100 pm, à 50 pm, ou à 5 pm, l'épaisseur de la paroi d'une capsule quelconque étant de préférence comprise entre 1 pm à 5 nm ;
- de préférence, chaque capsule contient du matériau à changement de phase ;
- le dispositif électronique comporte une coque extérieure, de préférence en aluminium, en un acier inoxydable ou en plastique, dans lequel le composant électronique, le matériau à changement de phase et le gel antivibratoire sont contenus ; dans un mode de réalisation, une partie du composant électronique fait cependant saillie hors de la coque extérieure ;
- de préférence, la coque intérieure et/ou la coque extérieure présente(nt) des nervures favorisant les échanges thermiques entre le gel antivibratoire et le matériau à changement de phase, et entre le matériau à changement de phase et l’environnement extérieur, respectivement ;
- de préférence la coque extérieure et/ou la coque intérieure présente(nt) un blindage él ectromagnétique.
L'invention concerne également l'utilisation d'un dispositif électronique selon l'invention dans un environnement vibratoire présentant des pics d’accélération supérieurs à 0,1 G, supérieurs à IG, supérieurs à 10 G, supérieurs à 30 G, supérieurs à 50 G, supérieurs à 60 G, ou supérieurs à 70 G sur une gamme de fréquences de 5 à 2000 Hz, et dont la température peut dépasser 90°C, voire 120°C, pendant une durée qui peut être supérieure à 10 minutes, voire supérieure à 30 minutes, supérieure à 1 heure, supérieure à 2 heures, supérieure à 2,5 heures et, de préférence, inférieure à 5 heures, de préférence inférieure à 4 heures, de préférence inférieure à trois heures. De préférence, dans cet environnement, la température ne dépasse jamais 200°C.
L'invention concerne aussi un groupe moteur comportant un moteur, un dispositif électronique selon l’invention et, optionnellement, un organe dit « surveillé », ledit dispositif surveillant le fonctionnement dudit moteur et/ou dudit organe surveillé.
L’organe surveillé est de préférence disposé à proximité, de préférence à moins de 2 mètres, de préférence à moins d’I mètre du moteur. L’organe surveillé peut être en particulier un coffret électrique, une pièce ou un appareil électrique, un calculateur électronique, une pièce ou un appareil mécanique.
De préférence, le dispositif électronique comporte une caméra infrarouge prenant des images dudit moteur ou dudit organe surveillé.
L'invention concerne enfin un véhicule, en particulier automobile, aérien ou spatial, comportant un dispositif électronique ou un groupe moteur selon l'invention, en particulier une voiture, un avion, une navette spatiale ou une fusée.
Définitions
Par composant électronique, on entend non seulement un composant électronique élémentaire, comme une puce ou un circuit imprimé portant des composants électroniques élémentaires, mais également un appareil contenant de tels composants électroniques élémentaires, comme un appareil photos ou une caméra.
La barrière de séparation « sépare » le matériau à changement de phase et le gel antivibratoire lorsqu’elle sépare physiquement ce matériau et ce gel, tout en étant en contact avec eux.
Un comportement viscoélastique est classiquement défini comme un comportement intermédiaire entre celui d'un solide élastique idéal symbolisé par un ressort de module et celui d'un liquide visqueux newtonien symbolisé par un amortisseur de viscosité.
Sauf indication contraire, toutes les propriétés, par exemple la conductivité thermique, sont mesurées dans des conditions normales de température et de pression, c'est-à-dire sous une pression de 1 bar, à 20°C.
Sauf indication contraire, « comporter », « comprendre » ou « présenter » doivent être interprétés de manière non limitative.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel :
les figures 1, 2 et 3 représentent, schématiquement, des dispositifs électroniques selon l'invention, dans des modes de réalisation différents ; la figure 4 illustre les résultats des essais effectués.
Description détaillée
Les figures représentent un dispositif électronique 10 comportant un composant électronique 12 et un bouclier de protection 14.
Le composant électronique 12 peut être quelconque. En particulier, il peut être constitué ou comporter une puce électroniques. Il peut être choisi parmi les PCB, CPU, MPU ou LED.
Dans un mode de réalisation préféré, comme représenté, le composant électronique est une caméra ou un appareil photos. De préférence, le composant électronique comporte un objectif 25 qui travers le bouclier de protection. Avantageusement, la qualité des images acquises avec cette caméra ou cet appareil photos en est améliorée.
D'autres voies d’accès au composant électronique, depuis l'environnement extérieur, sont également possibles, par exemple pour rendre accessible un connecteur de rechargement d'une batterie du composant électronique ou un organe de commande du composant électronique, par exemple un déclencheur d'un appareil photos ou d'une caméra.
Dans un autre mode de réalisation, non illustré, le composant électronique 12 est hermétiquement isolé de l'environnement extérieur par le bouclier de protection.
Le bouclier de protection comporte un matériau à changement de phase et un gel antivibratoire.
La température du matériau à changement de phase est choisie en fonction de l’application visée, de manière qu’elle soit comprise dans la plage des températures potentielles de l’environnement du dispositif électronique.
Le matériau à changement de phase est de préférence choisi parmi
- les matériaux à changement de phases solide/liquide, notamment parmi les sels hydratés, notamment commercialisés par la société PCM Products, les matériaux à changement de phase organiques, comme la paraffine RT70HC commercialisée par la société Rubitherm, ou les acides gras, par exemple l'acide stéarique, notamment commercialisé par la société Sigma Aldrich,
- les matériaux à changement de phase solide/solide, notamment le X70 commercialisé par la société PCM products.
Le matériau à changement de phase est de préférence une paraffine ou un sel hydraté. De préférence, le matériau à changement de phase est une paraffine, par exemple la paraffine RT70HC commercialisée par la société RUBITHERM. Les paraffines présentent avantageusement des conductivités faibles et des chaleurs latentes élevées.
Le gel antivibratoire présente un comportement hyperélastique et/ou viscoélastique à 20°C. Il est capable de subir de grandes déformations et de dissiper de l'énergie en ayant un bon coefficient d'amortissement.
De préférence encore, le gel antivibratoire est choisi parmi les silicones optionnellement dopées afin d’améliorer la conductivité. Le dopant peut notamment comprendre des particules céramiques et/ou des particules métalliques, en particulier des particules d'oxyde d’aluminium, de nitrure de bore, d'oxyde de zinc et/ou de nitrure d’aluminium. Le gel antivibratoire est de préférence choisi parmi la silicone LSG6931 commercialisée par la société Siliconrubber ou les gels commercialisés par la société Dowcorning, de préférence le gel « TC-3040 Thermally conductive gel » ou le gel « TC-6020 Thermally conductive encapsulant » qui présente une conductivité supérieure à 2 W/ m.K.
Le gel antivibratoire peut être en particulier un caoutchouc de silicone dit composant à catalyseur en platine. Ce gel antivibratoire résiste avantageusement bien aux hautes températures, n'exsude pas d'huile, présente une conductivité thermique supérieure à 1 W/m.K et n'est pas toxique.
Dans un mode de réalisation, la conductivité thermique du gel antivibratoire est supérieure à celle du matériau à changement de phase.
Le gel antivibratoire présente de préférence une résistance diélectrique supérieure à lKV/mm afin d’éviter les courts-circuits.
Le gel antivibratoire diminue avantageusement le bruit et le risque de désassembler les composants électroniques pendant les vibrations (coefficient d’amortissement élevé).
Dans le mode de réalisation de la figure 1, le bouclier de protection 14 comporte, depuis le composant électronique 12 jusqu'à l'environnement extérieur E, une couche intérieure 16 de gel antivibratoire, une coque intérieure 18, une couche extérieure 20 en un matériau à changement de phase et une coque extérieure 22.
Le gel antivibratoire de la couche intérieure 16 est en contact avec le composant électronique 12, et de préférence encapsule le composant électronique 12. L'épaisseur ei6 de la couche intérieure 16 peut être constante ou variable. Dans un mode de réalisation, elle est sensiblement constante. De préférence, l'épaisseur ei6 est supérieure à 1 mm et inférieure à 20 mm.
La coque intérieure 18 peut être souple ou rigide. De préférence, elle présente une épaisseur eis inférieure à 10 mm, de préférence constante et, de préférence, une conductivité thermique supérieure à 10 W/mK, l'objectif étant de ne pas nuire sensiblement aux échanges thermiques entre le gel antivibratoire et le matériau à changement de phase. La coque intérieure peut être en particulier constituée en aluminium, en titane ou en inox, de préférence en aluminium.
De préférence, la coque intérieure 18 est hermétique, c'est-à-dire enferme, de manière étanche, le gel antivibratoire.
L'épaisseur e2o de la couche extérieure est de préférence supérieure à 1 mm et/ou inférieure à 50 mm. Elle est de préférence sensiblement constante.
De préférence, la couche extérieure 20 encapsule, de manière hermétique, la coque intérieure 18.
La mise en œuvre d'une coque extérieure présentant une conductivité thermique élevée, de préférence supérieure à 10 W/mK, de préférence supérieure à 20 W/mK, de préférence supérieure à 50 W/mK, de préférence supérieure à 100 W/mK, de préférence supérieure à 140 W/mK, favorise avantageusement la re-solidification du matériau à changement de phase lorsque la température de l'environnement extérieur est redescendue sous la température de de ce matériau.
La coque extérieure 22 peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques de la coque intérieure 18. De préférence, elle est en aluminium.
Dans un mode de réalisation, la coque extérieure 22 présente des nervures favorisant les échanges thermiques avec l'environnement extérieur E, à la manière d'un radiateur. De préférence, les nervures sont agencées de manière à renforcer sensiblement les propriétés mécaniques de la coque extérieure. Elles peuvent par exemple prendre la forme de nids d'abeilles.
De préférence, le bouclier de protection est constitué par le matériau à changement de phase, le gel antivibratoire et les coques intérieure et extérieure.
La figure 2 représente un autre mode de réalisation dans lequel le composant électronique 12 est noyé dans une couche composite 26 comportant un mélange de gel antivibratoire et de capsules contenant un matériau à changement de phase. En particulier, le matériau à changement de phase peut être encapsulé dans des capsules en céramique, en silice ou en un polymère, de préférence thermorducissable (polymère naturel ou chimique, plastique de type polyéthylène ou polyamide...). Les capsules présentent un diamètre de préférence ίο inférieur à 1000 μηι, à 100 μηι, à 50 μηι, à 20 μηι et/ou supérieur à 5 μηι ou supérieur à 10 pm.
Avantageusement, les capsules peuvent être mélangées aisément avec le gel antivibratoire. La paroi des capsules constitue avantageusement une barrière de séparation entre le matériau à changement de phase et le gel antivibratoire.
La figure 3 représente un autre mode de réalisation, similaire à celui de la figure 1, mais dans lequel le gel antivibratoire constitue la couche extérieure 20’ et le matériau à changement de phase constitue la couche intérieure 16’. Les autres caractéristiques des couches extérieure 20 et intérieure 16 sont applicables aux couches extérieure 20’ et intérieure 16’, respectivement.
La nature et l'agencement du gel antivibratoire et du matériau à changement de phase autour du composant électronique ne sont pas limitatifs. Ils sont de préférence ajustés en fonction des contraintes de l'environnement extérieur E et des capacités de résistance du composant électronique aux vibrations et aux pics de température.
En particulier, dans d'autres modes de réalisation que ceux représentés, le bouclier de protection comporte plusieurs couches de gel antivibratoire et/ou plusieurs couches de matériau à changement de phase. Le bouclier de protection peut également comporter une couche composite et une ou plusieurs couches de matériau à changement de phase et/ou couches de gel antivibratoire.
L'ordre de ces couches n'est pas limitatif.
La fabrication d'un dispositif électronique selon l'invention ne pose pas de difficultés particulières. Les coques peuvent être avantageusement utilisées pour maintenir en forme le matériau à changement de phase et/ou le gel antivibratoire.
De préférence, le gel antivibratoire est injecté à travers la coque intérieure.
De préférence, le matériau à changement de phase est injecté entre les coques intérieure et extérieure.
Exemples
La figure 4 représente, en fonction du temps, exprimé en secondes, la température maximale, en °C, selon l’axe des ordonnées, d'un composant électronique, en l'occurrence une caméra infrarouge, introduite dans un bouclier de protection du type de celui décrit sur la figure 1.
Plus précisément, la caméra dissipe 2,35 W de manière permanente. Elle a été noyée dans une couche intérieure constituée en un gel antivibratoire, à savoir le gel Dow Corning « TC-6020 » d’une conductivité thermique de 2,7 W/m.K., elle-même encapsulée dans une coque intérieure d'une épaisseur de 1 mm, en aluminium, elle-même noyée dans une couche d'un matériau à changement de phase, à savoir une paraffine RT70 HC, dont la température de changement de phase est de 70°C et la conductivité thermique est de 0,2 W/m.K.
Les couches de gel antivibratoire et de matériau à changement de phase présentaient chacune une épaisseur de 20 mm. Une coque extérieure en aluminium, d'une épaisseur de 1 mm, contenait la caméra, la coque intérieure et les deux couches de protection. La température de l’environnement évoluait de façon transitoire entre 40°C et 120°C sur des durées comprises entre 1000 et 5000 s.
Le graphique de la figure 4 représente la température maximale de la caméra infrarouge en fonction du temps, en secondes. Les courbes représentent les évolutions de cette température pour des gels antivibratoires présentant des conductivités thermiques de 0,2 W/m.K, 0,4 W/m.K, 0,6 W/m.K, 0,8 W/m.K, 1 W/m.K, 2 W/m.K et 3 W/m.K depuis la courbe supérieure jusqu’à la courbe inférieure.
Ce graphique illustre l'efficacité remarquable d’un bouclier de protection selon l’invention pour protéger la caméra infrarouge de pics transitoires élevés (dans notre cas, d'une amplitude supérieure à 100°C).
Comme cela apparaît clairement à présent, l'invention permet de protéger efficacement un composant électronique soumis à un environnement vibratoire dans lequel la température peut atteindre, pendant des pics pouvant durer plusieurs dizaines de minutes, voire plusieurs heures, des températures élevées, et notamment pouvant atteindre 120°C.
L'invention permet également de lisser les évolutions de température du composant électronique et ainsi d'améliorer la précision des mesures, généralement liée aux évolutions de températures. Enfin, l'invention limite le besoin de calibration des appareils de mesure en fonction de la température.
Le matériau de la coque intérieure et/ou de la coque extérieure n'est pas limité. En particulier, la coque intérieure et/ou la coque extérieure peuvent être constituées en un acier inoxydable ou en plastique.
La nature du matériau constituant les coques peut être déterminée en fonction des 5 applications visées.
Les coques peuvent également permettre et favoriser le blindage électromagnétique. Les blindages électromagnétiques sont principalement utilisés pour protéger des équipements électroniques des parasites électriques et des radiofréquences. Les coques, matériaux et épaisseurs, peuvent être choisis et adaptés selon l’environnement électromagnétique extérieur.
En particulier, un treillis métallique peut être intégré, par différents modes d’assemblage (collage, vissage, soudage..), à l’intérieur de la coque intérieure et/ou de la coque extérieure.

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif électronique comportant :
    un composant électronique (12); un bouclier de protection comportant :
    un matériau à changement de phase (20) présentant une température de changement de phase comprise entre 20°C et 90°C, un gel antivibratoire (16) présentant un comportement hyperélastique et/ou viscoélastique à 20°C, une barrière de séparation (18) disposée de manière à séparer le matériau à changement de phase et le gel antivibratoire, le gel antivibratoire étant disposé, au moins en partie, en contact avec le composant électronique, et présentant une conductivité thermique supérieure à 1 W/m.K à 20°C.
  2. 2. Dispositif électronique selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel le gel antivibratoire présente une conductivité thermique supérieure à 2 W/m.K à 20°C.
  3. 3. Dispositif électronique selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel le gel antivibratoire présente une conductivité thermique supérieure à 2,5 W/m.K à 20°C.
  4. 4. Dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le gel antivibratoire présente un module d'élasticité à 20°C inférieur à 1 MPa.
  5. 5. Dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau à changement de phase présente une température de changement de phase supérieure à 60°C.
  6. 6. Dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau à changement de phase est choisi dans le groupe formé par les paraffines, les acides gras et les sels hydratés.
  7. 7. Dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le gel antivibratoire est disposé, au moins en partie, entre le composant électronique et le matériau à changement de phase.
  8. 8. Dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le gel antivibratoire est disposé, au moins en partie, entre le composant électronique et le matériau à changement de phase, la barrière de séparation présentant la forme d’une coque intérieure (18) présentant une épaisseur inférieure à 3 mm, le matériau de ladite coque intérieure présentant une conductivité thermique supérieure à 5 W/m.K.
  9. 9. Dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la barrière de séparation est en un matériau présentant une conductivité thermique supérieure à 10 W/m.K.
  10. 10. Dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau à changement de phase est, au moins en partie, contenu dans des capsules dispersées au sein du gel antivibratoire, la plus grande dimension d'une capsule quelconque étant inférieure à 100 pm.
  11. 11. Dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une coque extérieure (22) contenant le composant électronique, le matériau à changement de phase, le gel antivibratoire et ladite barrière de séparation.
  12. 12. Dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la coque extérieure et/ou, lorsque la revendication 8 s’applique, la coque intérieure présente(nt) des nervures favorisant les échanges thermiques entre le matériau à changement de phase et l’environnement extérieur, et entre le gel antivibratoire et le matériau à changement de phase, respectivement.
  13. 13. Dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la coque extérieure et/ou, lorsque la revendication 8 s’applique, la coque intérieure présente(nt) un blindage électromagnétique.
  14. 14. Dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le composant électronique comporte une caméra infrarouge.
  15. 15. Groupe moteur comportant un moteur, un dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes, et, optionnellement, un organe
    5 dit « surveillé », ledit dispositif étant configuré pour surveiller le fonctionnement dudit moteur et/ou dudit organe surveillé.
  16. 16. Véhicule automobile, aérien ou spatial, comportant un dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 14 et/ou un groupe moteur selon la revendication immédiatement précédente.
    1/2
FR1660567A 2016-10-31 2016-10-31 Dispositif electronique protege Pending FR3058262A1 (fr)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1660567A FR3058262A1 (fr) 2016-10-31 2016-10-31 Dispositif electronique protege
GB1717985.4A GB2558723B (en) 2016-10-31 2017-10-31 Protective shield for an electronic device
CN201711047544.3A CN108012472B (zh) 2016-10-31 2017-10-31 防护电子设备
US15/799,500 US10798850B2 (en) 2016-10-31 2017-10-31 Protected electronic device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1660567 2016-10-31
FR1660567A FR3058262A1 (fr) 2016-10-31 2016-10-31 Dispositif electronique protege

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3058262A1 true FR3058262A1 (fr) 2018-05-04

Family

ID=58213192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1660567A Pending FR3058262A1 (fr) 2016-10-31 2016-10-31 Dispositif electronique protege

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10798850B2 (fr)
CN (1) CN108012472B (fr)
FR (1) FR3058262A1 (fr)
GB (1) GB2558723B (fr)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019118908A1 (fr) 2017-12-14 2019-06-20 Adaptive Global Solutions, LLC Véhicule aérien résistant aux incendies permettant d'éteindre des incendies étendus
US10575393B1 (en) * 2018-11-13 2020-02-25 International Business Machines Corporation Heat-shielding microcapsules for protecting temperature sensitive components
CN109526172A (zh) * 2019-01-08 2019-03-26 中国联合网络通信集团有限公司 机箱及射频装置
FR3099639B1 (fr) * 2019-08-01 2021-07-23 Commissariat Energie Atomique Dispositif de gestion thermique et électromagnétique d'un module électronique
CN111447343B (zh) * 2020-04-09 2021-07-23 北华航天工业学院 一种摄像机专用低温防护装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030112603A1 (en) * 2001-12-13 2003-06-19 Roesner Arlen L. Thermal interface
JP2005129820A (ja) * 2003-10-27 2005-05-19 Mitsubishi Electric Corp 電子回路装置
US20050104029A1 (en) * 2002-01-07 2005-05-19 Mark Neuschuetz Use of paraffin-containing powders as phase-change materials (pcm) in polymer composites in cooling devices
EP2107864A2 (fr) * 2008-03-31 2009-10-07 Hitachi Ltd. Dispositif de commande
FR2932944A1 (fr) * 2008-06-20 2009-12-25 Thales Sa Dispositif electronique comportant une interface thermique elastique avec des composants electroniques
KR20140053629A (ko) * 2012-10-26 2014-05-08 엔트리움 주식회사 열 계면 물질(접착제) 및 이를 포함하는 반도체 칩 패키지
EP2738803A2 (fr) * 2012-11-30 2014-06-04 GE Aviation Systems LLC Dissipateur de chaleur à changement de phase pour la gestion thermique transitoire
JP2015056562A (ja) * 2013-09-12 2015-03-23 株式会社東芝 半導体装置及び放射線装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5285559A (en) * 1992-09-10 1994-02-15 Sundstrand Corporation Method and apparatus for isolating electronic boards from shock and thermal environments
ES2310575T3 (es) * 2001-07-19 2009-01-16 Otto Bock Healthcare Gmbh Material de un gel de poliuretano, procedimiento de fabricacion y aplicaciones.
US20080131722A1 (en) * 2006-03-21 2008-06-05 Ephraim Suhir Single Layer Carbon Nanotube-Based Structures and Methods for Removing Heat from Solid-State Devices
US7498376B2 (en) * 2004-06-23 2009-03-03 Delphi Technologies, Inc. Thermal transient suppression material and method of production
CN201903400U (zh) * 2010-11-29 2011-07-20 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种小型红外***
US8804331B2 (en) * 2011-12-02 2014-08-12 Ati Technologies Ulc Portable computing device with thermal management
CN102548361B (zh) * 2011-12-21 2014-12-10 华中科技大学 利用潜热型功能流体的散热装置及其散热方法
WO2013181118A1 (fr) * 2012-05-29 2013-12-05 Lih-Bin Shih Dispositif pour la guérison de blessures par hémostase pour site de blessure élastique dynamique
US9537344B2 (en) * 2013-02-21 2017-01-03 Cyberonics, Inc. Phase change material as a dynamic heat sink for trancutaneous energy transmission systems
US10431858B2 (en) * 2015-02-04 2019-10-01 Global Web Horizons, Llc Systems, structures and materials for electrochemical device thermal management

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030112603A1 (en) * 2001-12-13 2003-06-19 Roesner Arlen L. Thermal interface
US20050104029A1 (en) * 2002-01-07 2005-05-19 Mark Neuschuetz Use of paraffin-containing powders as phase-change materials (pcm) in polymer composites in cooling devices
JP2005129820A (ja) * 2003-10-27 2005-05-19 Mitsubishi Electric Corp 電子回路装置
EP2107864A2 (fr) * 2008-03-31 2009-10-07 Hitachi Ltd. Dispositif de commande
FR2932944A1 (fr) * 2008-06-20 2009-12-25 Thales Sa Dispositif electronique comportant une interface thermique elastique avec des composants electroniques
KR20140053629A (ko) * 2012-10-26 2014-05-08 엔트리움 주식회사 열 계면 물질(접착제) 및 이를 포함하는 반도체 칩 패키지
EP2738803A2 (fr) * 2012-11-30 2014-06-04 GE Aviation Systems LLC Dissipateur de chaleur à changement de phase pour la gestion thermique transitoire
JP2015056562A (ja) * 2013-09-12 2015-03-23 株式会社東芝 半導体装置及び放射線装置

Also Published As

Publication number Publication date
GB201717985D0 (en) 2017-12-13
CN108012472B (zh) 2020-10-27
GB2558723B (en) 2021-11-03
US10798850B2 (en) 2020-10-06
US20180124945A1 (en) 2018-05-03
CN108012472A (zh) 2018-05-08
GB2558723A (en) 2018-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR3058262A1 (fr) Dispositif electronique protege
Yu et al. A super‐stretchable liquid metal foamed elastomer for tunable control of electromagnetic waves and thermal transport
CA2685199C (fr) Module pour ensembles de stockage d'energie electrique permettant la detection du vieillissement desdits ensembles
Goli et al. Graphene-enhanced hybrid phase change materials for thermal management of Li-ion batteries
FR2977667A1 (fr) Module de surveillance d'au moins une grandeur physique caracteristique de l'etat d'un organe de guidage par contact
FR2974922A1 (fr) Procede optimise de gestion thermique d'un systeme electrochimique de stockage
EP1609838A2 (fr) Matériau coonducteur thermique à amortissement et son procédé de fabrication
JP2015184044A (ja) 温度センサ及びその製造方法
FR2951874A1 (fr) Generateur thermoelectrique
KR101523009B1 (ko) 열전달 물질 및 그 처리 방법
EP3008772B1 (fr) Bloc batterie pour véhicule automobile
FR3057996A1 (fr) Ensembles de composants electroniques a humidite controlee pour systemes photovoltaiques
US10531555B1 (en) Tungsten oxide thermal shield
EP3925014A2 (fr) Dispositif thermoelectrique a effet seebeck
Li et al. Research on the electro-explosive behaviors and the ignition performances of energetic igniters
FR3034261A1 (fr) Batterie electrique modulaire comprenant un dispositif de regulation thermique
Gonzalez-Nino et al. Voiding effects on the thermal response of metallic phase change materials under pulsed power loading
EP3325411B1 (fr) Matériau thermoélectrique à base de sulfure de cobalt et d'antimoine dopé de type n
EP3978858B1 (fr) Diode thermique pour liaison thermique entre deux éléments cylindriques, système embarqué comprenant une telle diode
US20060272838A1 (en) Protection device for electronic components
FR3109025A1 (fr) Batteries d’accumulateurs et plus particulièrement une batterie capable de résister à un environnement extérieur extrême.
FR3059152A1 (fr) Dispositif de transfert thermique, de connexion electrique et dispositif electronique
JP2014203902A (ja) 冷却板
EP2289292B1 (fr) Système de dissipation de chaleur
BE1024200B1 (fr) Système de contrôle thermique dynamique par matériaux à changement de phase

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20180504

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

TQ Partial transmission of property

Owner name: AIRBUS OPERATIONS, FR

Effective date: 20220524

Owner name: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERG, FR

Effective date: 20220524

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 8