Interface Thermique : Matériaux à changement de phase à haute conductivité thermique pour le management thermique des composants électroniques de puissance

Thermal interface : High thermal conductivity phase change materials for thermal management in high power electronic devices

• Auteur / Autrice : Romain Hubert
• Direction : Philippe Pernod, Philippe Coquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro-nanosystèmes et capteurs
• Date : Soutenance le 12/01/2022
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - Institut d’Électronique- de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 / IEMN
• Jury : Président / Présidente : Lingai Luo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Bou Matar-Lacaze, Michel Quintard, Martin Raynaud, Stefano Giordano
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie Duquesne, Jaona Harifidy Randrianalisoa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optimisation topologique

Matériaux poreux

Composites à matrice métallique

Méthodes d'homogénéisation numérique

Mots clés libres

Homogénéisation

Matériaux à changement de phase

Matériaux poreux

Optimisation topologique

Homogenization

Phase change materials

Porous Media

Topology optimization

Résumé

Les matériaux à changement de phase (P C M) sont largement utilisés du fait de leur forte chaleur latente de fusion pour des applications de management thermique. Malgré cela, les P C M pâtissent de leur faible conductivité thermique qui limite la propagation de la chaleur autour de la source.Sans amélioration notable de la conductivité, la fusion ne se déroule qu’autour de la source de chaleur limitant grandement les performances du dispositif. Pour parer à cela, une multitudes de renforts thermiques ont été développées et étudiées ces dernières années. Une revue de littérature détaille l’étude de ces différents renforts ainsi que de leurs performances lorsqu’ils sont combinés aux P C M dans le premier chapitre de ce manuscrit. Le deuxième chapitre présente, lui,un nouveau renfort basé sur l’utilisation de lattices métalliques ainsi qu’un modèle permettant d’évaluer ses propriétés thermiques. Le chapitre suivant étudie l’utilisation d’un tel renfort pour le management thermique d’un cas concret, de façon théorique et expérimentale. Enfin, le dernier chapitre présente l’utilisation d’un nouveau type de renforts sur basant sur principe du Cas cadedstorage consistant à modifier localement la proportion de renfort afin d’optimiser les transferts thermiques et l’absorption de chaleur par le P C M.

Phase Change Material (P C M) have been widely used for thermal energy storage due to their highlatent heat of fusion for thermal management applications. However, P C M suffer from their verylow thermal conductivity which limits heat spreading around the heat source. Without properthermal conductivity enhancement, melting would occur mainly around the heat source and heatwould be conducted too slowly for the device to be efficient. To do so, a variety of fillers have beendeveloped and extensively studied in the past decades. A thorough literature review of the differ-ent fillers as well as their behavior when combined with P C M is presented in the first part of themanuscript. Then, a new kind of architected filler based on metal lattice structure is presentedalongside with a model allowing to evaluate its performances. The following chapter presents acombined theoretical and experimental study on the implementation of such filler on a relevantuse-case. The final chapter of the thesis displays another kind of fillers based on the cascadedstorage principle which consists in adapting locally the filler’s volume ratio to enhance heat con-duction and optimize P C M heat absorption