SYstèmes de Refroidissement fluidiques intégrés sur CArte assistés par Pompage EHD – SYRCAPE

Face à l’exigence d’innovation et de miniaturisation des futurs missiles et munitions intelligentes fabriqués par le groupe MBDA, la gestion thermique des composants électroniques embarqués est un des enjeux majeurs. Intégrées traditionnellement au niveau des équipements électroniques, les techniques de refroidissement extérieur conventionnelles ne suffiront plus. L'utilisation de solutions de refroidissement mettant à profit des technologies microsystèmes MEMS introduites au plus près des systèmes, voir embarquées au sein même du circuit imprimé, permet d'entrevoir des réponses originales, à faibles coûts, et compatibles avec les exigences d’intégration et de robustesse des composants militaires.
Les systèmes fluidiques diphasiques tels les caloducs, sont à l'heure actuelle les dispositifs de refroidissement les plus intéressants en termes de performances. Bien que leur intégration semble possible au sein même des circuits imprimés, les caloducs sont encore quasi exclusivement rapportés de manière classique aux systèmes. Aussi, malgré leurs qualités, ces dispositifs présentent plusieurs points faibles : ils sont très sensibles à l'accélération (pompage capillaire) et leur mise en œuvre aboutit à des systèmes encombrants et lourds qui nécessite des étapes de montage opérateur-dépendantes. Tout ceci montre que les caloducs ne sont pas la panacée dans le domaine du refroidissement des circuits embarqués. Malgré tout, des voies d'amélioration sont possibles et nous nous proposons d'en explorer quelques-unes.
Dans le cade de ce projet, le consortium formé du C2N (UMR9001, Université Paris-Saclay), de MBDA et d'EGIDE s'est réuni afin de concevoir, réaliser et tester un système de refroidissement monophasique, robuste, et totalement inédit (niveau TRL4 visé). Bien que non optimisé pour ce mode de fonctionnement, des essais seront également menés en mode diphasique normalement plus efficace. Ici, la majeure partie du circuit fluidique sera directement réalisée dans l'épaisseur même du circuit imprimé sans augmentation notable de celle-ci. La circulation du fluide, sera quant à elle réalisée via une pompe MEMS prenant la forme d'un module rapporté à sa surface. Ici, le pompage ne sera donc pas capillaire mais électrique et ne sera donc pas limité par l'accélération (fonctionnement en boucle fermée).
La majeure partie du système sera réalisée durant l'étape de pressage du circuit imprimé stratifié par thermocompression Cu/Sn/Au/Cu qui permet d'obtenir des cavités enterrées sans modification du procédé standard : ceci permet d'obtenir un circuit fluidique, de forme quelconque, formé d'une enveloppe métallique totalement étanche. Ce procédé d'élaboration est breveté par la société THALES, qui a concédé au consortium MEREDIT, dont MBDA fait partie, une licence d'exploitation.
Outre le circuit fluidique, la principale problématique est liée au moyen employé afin de mettre en mouvement le fluide de manière efficace et fiable en environnement sévère. Ici, nous proposons de prouver la faisabilité de systèmes mettant en œuvre des pompes MEMS exploitant les phénomènes Electro-Hydro-Dynamiques (EHD), qui possèdent la particularité de n'avoir aucune partie mécanique en mouvement et d'être ainsi extrêmement robustes. La pompe, fabriquée par le partenaire EGIDE, prendra la forme d'un module 3D réalisé par technologie céramique HTCC et sera montée à la surface du circuit imprimé. Les connexions fluidiques et électriques seront réalisées par brasage en même temps que les autres composants électroniques : l'utilisation de ces technologies de fabrication et d'assemblage nous laisse espérer une herméticité parfaite à longs termes.
Dans ce projet, le véhicule de test final, proche du système qui pourrait être industrialisé, sera fortement instrumenté de manière in-situ. Ceci nous permettra de caractériser finement, et ce pour la première fois, un système de refroidissement totalement intégré au sein d'une carte électronique.