Méthodologie de conception de matériaux architecturés : application au packaging de l’électronique embarquée

Design methodology of architectured materials : application to the heat sink embedded electronic packaging

• Auteur / Autrice : Paul Baracchini
• Direction : Hervé Wargnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 18/07/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Yves Bréchet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Guillebaud, François-Xavier Kromm, Audric Saillard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Aldanondo, Rémy Dendievel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conditionnement

Ordinateurs de bord

Conception et construction

Matériaux architecturés

Mots clés libres

Matériaux architecturés

Multimatériaux

Optimisation

Architectured materials

Multimaterials

Optimization

Résumé

Le processus de conception d’un multimatériau impliquant à la foisl'architecture et les matériaux représente une tâche difficile en raison du nombre élevé deconfigurations possibles. Ce processus oblige les concepteurs d'une part à développer desapproches nouvelles, mais aussi à développer de nouveaux outils. Ainsi ce travail proposeune nouvelle méthode pour la conception de matériaux architecturés. Un matériauarchitecturé, ou multimatériau, peut être défini par son architecture, ses matériauxconstitutifs associés à leurs fractions volumiques et la nature de leurs interfaces. Laconception d'un multimatériau est basée sur le choix de nombreux paramètres aussi bienquantitatifs que qualitatifs. Dans ce travail, la méthode de conception proposée permetune sélection simultanée des architectures et des matériaux. Celle-ci est axée autour del'association d'une base de données d’architectures élémentaires et d’une base de donnéesde matériaux. La recherche de solutions est basée sur une méthode hybride utilisant unalgorithme génétique et un algorithme de programmation sous contraintes. La méthodehybride permet la définition de solutions intégrant des paramètres géométriques optimisésen réponse aux astreintes du cahier des charges. Ce travail a été réalisé au sein du projetMUJU (Mutimaterial mUltiphysics JUnction) financé par l'Agence Nationale de laRecherche. Le travail développé a ainsi été appliqué à la conception de packaging del’électronique embarquée. Actuellement fabriqué en alliage métallique, ce packaging utilisédans l'aéronautique doit satisfaire à la fois des contraintes thermiques, mécaniques etélectriques. Les solutions obtenues ont permis un gain de masse de 20 à 40% tout enassurant des performances équivalentes.

The design process involving both the architectures and the materialsrepresents an hard task mainly because of the high number of possible configurations.This issue requires the development of new approaches and new tools. In this study, a newstrategy for the design of architectured materials is proposed. An architectured material,or multimaterial, can be defined by its architecture, its components and their volumefractions, and the nature of the interface between them. The design of a multimaterial isbased on the analysis of numerous quantitative and qualitative parameters. In this study,a multimaterial design method allowing a simultaneous selection of architectures andmaterials was developed. This work deals with the association of a database of elementaryarchitectures and a database of materials. The search of solutions is based on an hybridmethod using genetic algorithm and constraint programming algorithm. This hybridmethod allowed the definition of solutions, with optimal geometrical parameters in answerto the specifications requirements. This study was carried out within the MUJU project(Mutimaterial mUltiphysics JUnction) framework supported by the National ResearchAgency. The developed method was applied to the design of heat sink in embeddedelectronic packaging for aeronautic. Currently made of metallic alloy, the packaging mustsimultaneously satisfy thermal, mechanical and electrical constraint. The achievedsolutions allowed a weight saving lies in the range 20 to 40% while keeping the sameperformance.