Prévention des risques thermoélectriques des organes électroniques embarqués automobile. Études des phénomènes physicochimiques impliqués et des facteurs accélérateurs/inhibiteurs clés

Prevention of thermoelectric risks of automotive electronic components. Physicochemical phenomena involved and key accelerators/inhibitors

• Auteur / Autrice : Antoine Le Roy
• Direction : Mireille Turmine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique et chimie analytique
• Date : Soutenance le 26/06/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interfaces et systèmes électrochimiques (Paris ; 1967-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Renault-Nissan-Mitsubichi (Amsterdam ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Éric Labbé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maxime Makarov, Mohamed Mehdi Chehimi, Vincent Vivier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Johan Jacquemin, Delphine Veys

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristaux dendritiques

Lixiviation

Mouillage (chimie des surfaces)

Corrosion

Composants électroniques

Détérioration

Automobiles -- Équipement électronique

Mots clés libres

Vieillissement

PCB

Dysfonctionnement thermoélectrique

Humidité

Lixiviation

Dendrite

Mouillage

Normal ageing

PCB

Thermoelectric failures

Humidity

Lixiviation

Wettability

Dendrite

Résumé

Le travail de cette thèse concerne le vieillissement de l’électronique embarquée automobile. Le vieillissement est un phénomène inévitable dont l'étude présente un enjeu majeur pour déterminer la durée de vie d’un produit et garantir son bon fonctionnement pendant cette période. Il existe différentes formes de vieillissement. Les vieillissements de process et accidentel étant déjà bien documentés et maitrisés, nous nous sommes plus particulièrement intéressés au vieillissement dit normal, et, plus précisément aux causes qui induisent des dysfonctionnements thermoélectriques. Pour ce faire, nous avons identifié les facteurs physicochimiques impliqués tels que l’humidité, la formation de film d’eau, la polarisation des pistes et la pollution. Un banc d’essai a été développé, capable de simuler un vieillissement normal accéléré par cyclage de condensation / évaporation de l'eau environnementale sur des PCB (printed circuit board) modèles. Nous avons, par ailleurs, pu étudier des accidents dans des cas réels. Les résultats de cette étude nous permettent désormais de dire que les sources de pollution proviennent pour l'essentiel des plastiques constituant les composants électroniques et les boutons notamment. Ces polluants sont extraits, grâce aux ruissellements de l'eau, par un phénomène de lixiviation. D’autres polluants tels que le cuivre sont extraits par électrolyse des pistes polarisées. Ces polluants se déplacent à la surface du substrat au gré des cycles de condensation / évaporation de l'eau, les concentrant près des pistes. La présence de cette pollution (sous de cristaux de sels) favorise le mouillage du PCB et peut conduire à la formation de dendrite pouvant être fatale pour le PCB.

The ageing of automotive onboard electronics is an inevitable phenomenon which requires careful evaluation when proper functioning needs to be ensured during the product service life. The ageing can be classified in a number of categories, such as process, accidental and “normal” ageing. Although these first two are well documented in the literature, the impact of thermoelectric failures on the normal ageing of automotive onboard electronics is still poorly understood. The aim of this PhD thesis consists in investigating the factors influencing thermoelectric failures on normal ageing of the automotive onboard electronics. Herein, the different physicochemical parameters contributing to this process such as humidity, water film formation, pollution or copper track polarization on the printed circuit board (PCB) were examined. In addition, accelerated ageing on PCBs were carried out using a lab made test bed, allowing the study of condensation / evaporation cycling of environmental water. Such studies were subsequently cross linked with real-life case scenarios. In this work, it was highlighted that plastics - used in the electronic components- and particularly the switch buttons, were the primarily source of pollution. In fact, it was determined that the contaminants were extracted through a lixiviation process with the water flow. Other pollutants such as copper are extracted by electrolysis from polarized tracks. All these contaminants are found on the substrate surface and are transported under the condensation/ evaporation water cycles, thus increasing their local concentration. Finally, it was shown that the presence of such pollutions (particularly in the form of salts) favors the wettability of PCB, ultimately yielding to dendrite formation that could be catastrophic to the PCB.