Conception et réalisation de caloducs silicium pour les applications spatiales - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Conception et réalisation de caloducs silicium pour les applications spatiales

Résumé

In a context of further integration and increase of operationnal working domains of
electronic systems aboard satellites, the conception of effective and compact cooling systems
for the thermal management of power densities of several decades of W/cm^2 is
necessary.This Phd work which took place at the "Laboratoire d'Electrotechnique de
Grenoble" (LEG) and used the technological expertise of the CEA-LETI focuses on the study
of silicon phase-change systems using water as the working fluid for the on board cooling of
electronics considering specifications provided by the CNES.
Using microelectronic technics (especially deep etching technics), specific advantages of
silicon for space applications (low mass, good mechanical behaviour, compatibility with
electronics) and a first experience of the realization of phase change systems, hydraulical ,
mechanical and thermal designs of 5 cm square spreaders with reduced compacity (1mm) able
for microgravity working and the realization of prototypes were dealt.Thermal and hydraulical
performances characterization of the latter enable to forecast dissipation of power densities up
to 76 W/cm^2 with an equivalent thermal conductivity of 800 W/(m.K) according to the
working temperature domain considered.
Moreover, a study of the issue of the filiing of the structure and hermetic confinment of the
fluid was dealt and an innovative patented solution was proposed.
Dans un contexte d'intégration toujours plus poussée et d'augmentation des domaines de
fonctionnement des systèmes électroniques à bord des satellites, la conception de systèmes de
refroidissement compacts et performants permettant la gestion de puissance de densités de
plusieurs W/cm^2 est nécessaire. Ce travail de thèse effectué au laboratoire d'électrotechnique
de Grenoble (LEG) et utilisant l'expertise technologique du CEA-LETI se propose d'étudier
l'emploi de systèmes à changement de phase en silicium utilisant l'eau comme fluide pour le
refroidissement de l'électronique embarquée selon un cahier des charges défini par le CNES.
S'appuyant sur les techniques de la microélectronique (notamment celles de la gravure
profonde), les avantages intrinsèques du silicium pour l'application spatiale (faible masse
volumique, bonnes propriétés mécaniques, compatibilité avec l'environnement électronique)
et une première expérience de réalisation de systèmes diphasiques, le dimensionnement
hydrauliques, mécanique et thermique de répartiteurs de chaleur carrés 5 cm x 5cm de
compacité réduite (1 mm) capables de fonctionner en microgravité et la réalisation de
démonstrateurs ont été effectués. La caractérisation des performances thermiques et
hydrauliques de ces derniers permettent de prévoir à terme la dissipation de densités de
puissance au delà de 76 W/cm^2 avec une conductivité équivalente de 800 W/(m.K) selon le
domaine de fonctionnement en température considéré.
Une réflexion sur la problématique de l'injection du fluide dans la structure et son
confinement hermétique dans le dispositif a également été menée et a donné lieu à
une proposition de solution originale et brevetée.
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Dates et versions

tel-00170346 , version 1 (07-09-2007)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00170346 , version 1

Citer

Aymeric Laï. Conception et réalisation de caloducs silicium pour les applications spatiales. Energie électrique. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00170346⟩

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