La présente invention concerne un dispositif électronique équipé d'un évent et d'un dispositif d'adsorption d'humidité.

[0001] L'électronique automobile est souvent soumise à des conditions environnementales extrêmes essentiellement en termes de température, d'humidité relative et à moindre mesure de pression. Les variations de température dans les calculateurs, sous l'effet d'échange de chaleur avec l'environnement extérieur (échauffement moteur, ensoleillement, choc air- eau...) ou par mise en marche de l'électronique interne, conduisent, pour les calculateurs étanches, à des variations répétitives de la pression interne. Ceci implique un vieillissement prématuré des joints et une possible déformation ou cassure du boitier ; les équipementiers d'électronique ont donc décidé d'introduire une membrane pour permettre la régulation dynamique de la pression. Ces systèmes permettent de réguler la pression à l'intérieur des calculateurs en échangeant de l'air avec l'extérieur tout en évitant les entrées d'eau liquide.

[0002] Cependant ces systèmes constituent une interface d'échange avec l'extérieur qui n'est pas imperméable à la vapeur d'eau, et ne permettent donc que de ralentir les entrées d'humidité sans les arrêter. Ceci peut aboutir dans certaines conditions à une augmentation de l'humidité relative interne et même à une condensation. Ces sollicitations peuvent donc entrainer des problèmes de fiabilité dus à un phénomène de corrosion accélérée ou à des courts-circuits.

[0003] Une des solutions connues pour protéger les calculateurs électroniques de l'humidité est le vernissage des composants électroniques qu'ils renferment. Cependant les procédés liés à cette méthode s'avèrent coûteux et compliqués à mettre en place. D'autre part, cette solution ne représente qu'une barrière temporaire qui finira par être franchie au bout d'un certain temps d'exposition. De plus, cette méthode n'est pas applicable sur tous les composants électroniques car elle détériore la conduction thermique à la surface et ralentit la dissipation de la chaleur, causant ainsi une augmentation de la température du composant en fonctionnement et par conséquent un risque de dégradation.

[0004] Les phares des véhicules sont aussi soumis à des variations cycliques de température et des moyens de contrôler l'humidité et la condensation d'eau ont été développés. La demande WO 97/27042 décrit l'association d'un adsorbant d'humidité et d'un organe de respiration, cet adsorbant étant placé à proximité de la source de chaleur pour pouvoir être régénéré par la chaleur dégagée par l'ampoule allumée.

[0005] La demande de brevet WO 02/077522 décrit une unité pour réduire l'humidité dans un boîtier de lampe d'automobile ou d'appareil électronique. Cette unité comprend un agent adsorbant placé à l'intérieur d'un réceptacle, ledit réceptacle comprenant une interface perméable à la vapeur d'eau et imperméable à l'air destinée à être placée à proximité de la source de chaleur provenant du composant électronique, un évent destiné à déboucher dans le boîtier et une ouverture coopérant avec une ouverture du boîtier pour relier l'intérieur du réceptacle à l'extérieur du boîtier; la proximité de la source de chaleur avec le réceptacle favorise la régénération de l'agent adsorbant et l'expulsion de la vapeur d'eau depuis l'agent adsorbant vers l'extérieur de l'appareil, par l'intermédiaire des ouvertures. Cette solution est compliquée et coûteuse, car elle implique notamment de concevoir les boîtiers embarqués pour qu'ils puissent coopérer spécialement avec l'unité. En outre, le fait que l'agent adsorbant se trouve à l'intérieur d'un réceptacle limite l'efficacité de la transmission de la chaleur à l'agent adsorbant et la vitesse de désorption de la vapeur d'eau dudit agent et par conséquent celle de l'évacuation de l'humidité à l'extérieur du boîtier. [0006] II s'avère de manière plus générale que les solutions rencontrées dans les phares d'automobile avec un agent adsorbant intégré ne sont pas directement transposables aux circuits électroniques, d'une part parce que les cycles arrêt et marche peuvent s'enchaîner à un rythme beaucoup plus rapide pour ces dispositifs que pour les phares et d'autre part parce que la dissipation de chaleur dans les phares est beaucoup plus importante et permet une meilleure régénération de l'adsorbant à long terme.

[0007] Contrairement aux filaments des ampoules qui sont recouverts d'un globe de verre scellé, les composants électroniques sont directement exposés à l'humidité, sous forme de gouttelettes ou de vapeur d'eau. Les dispositifs électroniques peuvent donc être plus facilement endommagés en présence d'humidité, en particulier du fait de la corrosion et des risques de courts-circuits, entraînant ainsi une baisse de leur durée de vie.

[0008] En particulier, l'agent adsorbant d'humidité ne peut pas être collé ou fixé directement sur l'ampoule, afin de ne pas réduire les capacités d'éclairage de l'ampoule ainsi que pour des raisons liées à la fabrication même du dispositif.

[0009] La présente invention a pour objectif de résoudre les problèmes cités précédemment, et en particulier de proposer une solution permettant une diminution rapide du taux d'humidité à l'intérieur de l'enceinte d'un dispositif électronique, par des phénomènes rapides d'adsorption/désorption, tout en favorisant l'atténuation des variations de température à l'intérieur de l'enceinte.

[00010] La présente invention permet de contrôler la teneur en humidité relative à l'intérieur d'un dispositif électronique, limitant les risques de dégradation du composant électronique ou de la combinaison de composants électroniques disposés à l'intérieur dudit dispositif et favorisant ainsi la durée de vie des composants électroniques. [00011] Un autre objectif de l'invention est de proposer une solution peu coûteuse, facile à mettre en œuvre et notamment ne nécessitant pas une adaptation particulière de l'enceinte.

[00012] Un autre objectif de l'invention est de proposer une solution permettant de réduire les risques de corrosion à l'intérieur de l'enceinte.

[00013] Ainsi, la présente invention a tout d'abord pour objet un dispositif électronique comprenant : un boitier comprenant un évent imperméable aux liquides et perméable aux gaz, au moins un composant électronique dégageant de la chaleur et déposé à l'intérieur du boitier, ledit composant électronique n'étant pas une ampoule électrique, au moins un dispositif d'adsorption d'humidité qui comprend un matériau adsorbeur d'humidité, le dispositif d'adsorption étant placé en relation de conductivité thermique avec le composant électronique dégageant de la chaleur.

[00014] Par "dégagement de chaleur", on entend q ue le com posant électronique chauffe en fonctionnement.

[00015] L'évent peut consister en tout système d'aération créant une interface d'échange entre deux milieux et qui est imperméable aux liquides et perméable aux gaz.

[00016] Les gaz peuvent être des gaz diatomiques comme le dioxygène ou le diazote ou des vapeurs comme la vapeur d'eau.

[00017] Cet évent comprend une membrane ayant les propriétés requises.

[00018] Selon l'invention, l'évent comprend une membrane hydrophobe macroporeuse monocouche ou multicouches. [00019] Selon l'invention, l'évent comprend une couche sélective responsable des propriétés de la membrane et un support inerte conférant de la rigidité. De manière avantageuse, l'épaisseur de la couche sélective de la membrane est comprise entre 2 et 190 μm, de préférence entre 6 et 25 μm.

[00020] Selon l'invention, la taille des pores de la membrane est comprise entre 0,3 μm et 3,6 μm, de préférence entre 0,3 μm et 0,8 μm.

[00021] Selon l'invention, la membrane comprend ou est constituée d'un matériau choisi dans le groupe constitué par les polymères acryliques, les polymères vinyliques, les polyoléfines, les polyesters comme le poly(éthylène téréphtalate) (PET), les polymères fluorés comme le poly(fluorure de vinyle) (PVF), le poly(fluorure de vinylidène) (PVDF), le poly (éthylène-propylène) perfluoré (FEP), le copolymère tétrafluoroéthylène

(TFE)/perfluoro(alkylvinyléther) (PVE), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), les siloxanes, les polysiloxanes comme le polydimethylsiloxane (PDMS) ou les résines de silicone. Des membranes comprenant du PTFE et/ou du PET et pouvant être utilisées sont commercialisées sous les noms Gore-Tex® et Teflon®. D'autres exemples de membranes pouvant être utilisées sont cités dans le document « Modeling of coupled mass and heat transfer through venting membranes for automotive applications », Barkallah et Al, American Institute of Chemical Engineers Journal, Février 2009, vol 55, No 2, 294-311.

[00022] La membrane peut être soumise à un traitement de surface afin de la rendre hydrophobe. Les matériaux hydrophobes peuvent être choisis dans le groupe constitué par les siloxanes, les polysiloxanes, les résines de silicone ou encore les polymères fluorés.

[00023] De manière avantageuse, la membrane est une membrane en PTFE commercialisée sous le nom 0045B/XX par la société Gore (USA) et est caractérisée par un diamètre moyen des pores égal à 0,8 μm. [00024] Le matériau adsorbeur d'humidité peut être choisi parmi tous les matériaux ayant non seulement la capacité d'adsorber la vapeur d'eau mais également de se régénérer par désorption lors d'une élévation de température.

[00025] Selon l'invention, le matériau adsorbeur d'humidité est choisi dans le groupe constitué par les matériaux organiques ou inorganiques.

[00026] Selon l'invention, le matériau adsorbeur d'humidité est choisi parmi la silice (SiO ₂ ), le chlorure de calcium (CaCI ₂ ), l'alumine (AI ₂ O ₃ ), le sulfate de calcium (CaSO ₄ ), le sulfate de sodium (Na ₂ SO ₄ ), le carbonate de potassium (K ₂ CO ₃ ), les argiles montmorillonite ou encore les tamis moléculaires comme l'aluminosilicate, le charbon microporeux, le verre poreux ou les zéolithes.

[00027] Selon l'invention, le matériau adsorbeur d'humidité a une surface spécifique comprise entre 500 et 1000 m ² /g mesurée à 25O, de préférence entre 800 et 1000 m ² /g.

[00028] Selon l'invention, le matériau adsorbeur d'humidité se présente sous forme particulaire.

[00029] De manière avantageuse, le matériau adsorbeur d'humidité est un gel de silice et se présente sous forme particulaire.

[00030] Selon l'invention, la taille moyenne des particules du matériau, par exemple du gel de silice, est comprise entre 0,1 et 10 mm, de préférence entre 1 et 7 mm.

[00031] Selon l'invention, le matériau adsorbeur d'humidité, e.g. le gel de silice, est incorporé à l'intérieur d'un solide ayant une structure alvéolaire, e.g. nid d'abeille. De telles structures sont décrites par exemple dans le brevet US 5 753 345 ou dans le brevet US 7 326 363. [00032] Selon l'invention, le matériau adsorbeur d'humidité, e.g. le gel de silice, est incorporé à l'intérieur d'une matrice solide poreuse, formant ainsi un bloc ou une pluralité de blocs. Une telle matrice peut être une résine polymérique telle qu'une résine de polyuréthane.

[00033] Selon l'invention, le ratio volume du matériau adsorbeur d'humidité : volume du boitier est compris entre 0,01 et 0,05.

[00034] Le dispositif d'adsorption d'humidité est placé de façon que la chaleur dégagée par le composant électronique soit transmise par conduction directe à l'agent adsorbeur d'humidité. Le fait que la chaleur soit transmise au matériau adsorbeur d'humidité par conduction a pour conséquence que le phénomène d'adsorption/désorption de la vapeur d'eau au sein du matériau adsorbeur d'humidité est optimisé et permet ainsi une régénération rapide de ce dernier et donc une plus grande efficacité, compatible avec les cycles de fonctionnement des dispositifs électroniques.

En plus, grâce à l'enthalpie de désorption et d'adsorption, les variations de température subies par le composant électronique sont atténuées ce qui évite les chocs thermiques répétitifs au niveau du composant.

[00035] Le dispositif d'adsorption d'humidité est avantageusement placé à une distance inférieure à 50 mm, de préférence inférieure à 10 mm du composant électronique.

[00036] De manière avantageuse, le dispositif d'adsorption est placé pour être directement en contact physique avec le composant électronique ou avec au moins un des composants électroniques dans le cas d'une combinaison de composants.

[00037] Le composant électronique dégageant de la chaleur peut être choisi parmi tous les composants électroniques dont la mise sous tension se traduit par un dégagement de chaleur qui sera interrompu par la mise hors tension. [00038] Le composant électronique peut être choisi parmi un microprocesseur,une puce électronique, une résistance de puissance, un transistor, un régulateur de tension et leurs combinaisons. Une combinaison de composants électroniques peut notamment consister en un calculateur, un circuit intégré ou tout type de dispositifs comprenant une chaîne de composants électroniques.

[00039] De manière générale, le composant électronique dégage une quantité de chaleur inférieure ou égale à 30 W, plus particulièrement inférieure à 25 W, notamment inférieure à 21 W.

[00040] Selon l'invention, le matériau adsorbeur d'humidité est maintenu à la surface du composant électronique à l'aide de moyens de fixation.

[00041] Selon l'invention, le matériau adsorbeur d'humidité est maintenu à la surface du composant électronique avec un adhésif, de la colle.

[00042] Le moyen de fixation est également résistant à une température comprise entre -30 et 125O, afin de pouvoir conserver ses propriétés de maintien lorsque le composant électronique est sous tension.

[00043] Selon l'invention, le matériau adsorbeur d'humidité est maintenu par d'un dispositif approprié au contact du composant électronique dégageant de la chaleur ; ainsi la totalité du matériau adsorbeur reste disponible pour adsorber la vapeur d'eau présente à l'intérieur du boitier, même lorsqu'il se présente sous forme particulaire.

[00044] Selon l'invention, le matériau adsorbeur d'humidité est maintenu au contact par une grille ou une cage.

[00045] Selon l'invention, le dispositif d'adsorption d'humidité est placé sur la paroi interne du dispositif électronique [00046] De manière avantageuse, le dispositif d'adsorption d'humidité est placé au plus près de l'évent. Ceci permet l'évacuation de la vapeur d'eau à l'extérieur du dispositif à la fois par convection qui est un phénomène rapide mais temporaire et par diffusion qui est un phénomène lent mais permanent au travers de l'évent ; la conjugaison de ces deux phénomènes permet ainsi d'améliorer encore la vitesse d'évacuation de l'humidité à l'extérieur du dispositif.

[00047] De manière avantageuse, la teneur en humidité relative dans le dispositif électronique selon l'invention peut être abaissée à une teneur inférieure à 90%, de préférence à une teneur inférieure ou égale à 80%, permettant ainsi d'éviter la formation de gouttelettes d'eau à l'intérieur dudit dispositif et ainsi de limiter les risques de dégradation des composants électroniques ou de courts-circuits.

[00048] Le dispositif selon l'invention peut en outre comprendre un dispositif d'adsorption des gaz corrosifs.

[00049] Le dispositif électronique selon l'invention peut comporter des pièces, parties ou jonctions particulièrement sensibles à la corrosion. C'est notamment le cas pour les calculateurs utilisés dans les véhicules automobiles ou encore dans des ordinateurs.

[00050] Selon l'invention, le dispositif d'adsorption des gaz peut comprendre un matériau adsorbeur de gaz corrosifs.

[00051] Le matériau adsorbeur de gaz corrosifs peut être choisi parmi tous les matériaux ayant non seulement la capacité d'adsorber les gaz corrosifs mais également de se régénérer par désorption lors d'une élévation de température. [00052] Selon l'invention, le matériau adsorbeur de gaz corrosifs est choisi dans le groupe constitué par les matériaux organiques ou inorganiques ; de préférence, le matériau adsorbeur de gaz corrosifs est choisi parmi le charbon actif, les zéolites ou les tamis moléculaires.

[00053] Selon l'invention, le matériau adsorbeur de gaz corrosifs a une surface spécifique comprise entre 200 et 1000 m ² /g mesurée à 25O, de préférence entre 800 et 1000 m ² /g.

[00054] Selon l'invention, le matériau adsorbeur de gaz corrosifs se présente sous forme particulaire.

[00055] Selon l'invention, la taille moyenne des particules du matériau adsorbeur de gaz corrosifs est comprise entre 0,01 et 7 mm, de préférence entre 0,1 et 5 mm.

[00056] Selon l'invention, le ratio volume du matériau adsorbeur de gaz corrosifs : volume du boitier est compris entre 0,01 et 0,05.

[00057] De manière avantageuse, le matériau adsorbeur de gaz corrosifs est maintenu à la surface de l'évent et à l'intérieur du boîtier.

[00058] Selon l'invention, le matériau adsorbeur de gaz corrosifs est maintenu à la surface de l'évent avec un adhésif, de la colle.

[00059] Selon l'invention, le matériau adsorbeur de gaz corrosifs est maintenu de manière amovible, par exemple à l'intérieur d'un dispositif amovible fixé, à la surface de l'évent et à l'extérieur du boîtier. Cette disposition permet de pouvoir remplacer le matériau adsorbeur de gaz corrosifs lorsque sa capacité d'adsorption est altérée ou insuffisante.

[00060] Selon l'invention, le matériau adsorbeur de gaz corrosifs est maintenu à l'intérieur d'une cage, d'une grille, d'un sachet, d'un récipient poreux ou d'un solide ayant une structure alvéolaire, e.g. nid d'abeille. De telles structures sont décrites par exemple dans le brevet US 5 753 345 ou dans le brevet US 7 326 363.

[00061] Les gaz corrosifs sont plus particulièrement des oxydes de soufres, des oxydes d'azote, du sulfure d'hydrogène ou des hydrocarbures.

[00062] La présente invention a également pour objet un kit comprenant

- un boitier comprenant, à l'intérieur, des moyens de fixation d'un composant électronique dégageant de la chaleur (le kit étant destiné à loger ce composant électronique,) et un évent imperméable aux liquides et perméable aux gaz, le composant électronique n'étant pas une ampoule électrique,

- un dispositif d'adsorption d'humidité comprenant un matériau adsorbeur d'humidité, conçu de manière à pouvoir être fixé à la surface du composant électronique dégageant de la chaleur, en relation de conductivité thermique.

[00063] Selon l'invention, le kit comprend un dispositif d'adsorption de gaz corrosifs comprenant un matériau adsorbeur de gaz corrosifs.

[00064] Les différentes caractéristiques présentées pour le d ispositif électronique s'appliquent également au kit selon l'invention cité précédemment, et à ses éléments constitutifs.

[00065] La présente invention et ses différents modes de réalisation seront mieux compris au vu des exemples de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et se référant aux figures.

[00066] La figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif selon l'invention.

[00067] La figure 2 représente également une vue schématique d'un dispositif selon l'invention. [00068] La figure 3 représente un calculateur électronique équipé de son connecteur et de son câblage.

[00069] Le dispositif électronique 1 représenté sous forme de vue générale à la figure 1 comporte un boîtier 2 ; ledit boîtier 2 comprend un évent 3 formé d'une membrane imperméable aux liquides et perméable aux gaz. A l'intérieur du boîtier 2 est déposé un composant électronique 4 dégageant de la chaleur sur lequel est fixé un matériau adsorbeur d'humidité 5 en relation de conductivité thermique.

[00070] Le dispositif électronique 1 représenté sous forme de vue générale à la figure 2 comporte un boîtier 2 ; ledit boîtier 2 comprend un évent 3 formé d'une membrane imperméable aux liquides et perméable aux gaz. A l'intérieur du boîtier 2 est déposé un composant électronique 4 dégageant de la chaleur sur lequel est fixé un matériau adsorbeur d'humidité 5 en relation de conductivité thermique. Un matériau 6 adsorbeur de gaz corrosifs est fixé et maintenu à la surface de l'évent 3 et à l'intérieur du boîtier 2.

[00071 ] Le calculateur électronique représenté à la figure 3 comporte un boîtier 7 et est équipé d'un connecteur 8 et de son câblage 9. Le boîtier 7 comprend un évent formé d 'un cadre 1 0 portant une membrane 11 représentée en trait interrompu. La membrane 11 est imperméable aux liquides et perméable aux gaz. A l'intérieur du boîtier 7 est déposé un circuit électronique 12 comportant un composant électronique13 dégageant de la chaleur sur lequel est fixé un matériau adsorbeur d'humidité 14 en relation de conductivité thermique. L'assemblage des différentes parties fait intervenir des joints 15.

Exemple 1 : calculateur soumis à un cycle ON-OFF à 85O, 85% d'Humidité Relative suivi d'un choc à 25O et 45% d'humidité r elative.

Un premier calculateur comme décrit à la figure 3 comprend pour l'évent une membrane 0045B/X commercialisée par la société Gore (USA). Cette membrane de 2 cm de diamètre comprend une couche séparatrice en PTFE de 25 μm d'épaisseur avec une taille moyenne des pores de 0,8 μm et une porosité de 51 % et un support poreux en polypropylène d'une épaisseur de 80 μm n'offrant pas de résistance au transfert mais offrant une bonne tenue mécanique. Le premier calculateur renferme également 10 g d'un matériau adsorbeur d'humidité sous la forme d'un gel de silice (VWR Prolabo ; en granulés de 2-5 mm avec indicateur de saturation) placé sur les éléments électroniques dégageant de la chaleur. Un second calculateur de même nature que le premier calculateur est muni de la même membrane que le premier calculateur mais ne renferme pas de matériau adsorbeur d'humidité. Les deux calculateurs sont soumis à des conditions initiales de température et d'humidité relative respectivement de 85O et de 85%, puis à un cycle d e mise en marche et arrêt et enfin à un choc thermique en passant instantanément de 85O et 85% d'humidité relative à 25O et 45% d'humidité relati ve. La figure 4 montre l'évolution, en fonction du temps, de la température et de l'humidité relative (HR) à l'intérieur du calculateur avec matériau adsorbeur et sans matériau adsorbeur d'humidité.

Dans la première étape, l'équilibre de l'humidité relative à l'intérieur du calculateur sans matériau adsorbeur d'humidité est presque atteint au bout de deux heures alors qu'en présence de matériau adsorbeur d'humidité la valeur d'humidité relative ne dépasse pas 40% au bout de deux heures. Dans la deuxième étape correspondant à la mise en marche du calculateur, l'humidité relative au sein du calculateur sans matériau adsorbeur d'humidité diminue, en raison de l'augmentation de la température à l'intérieur du calculateur. Dans le cas du calculateur renfermant le matériau adsorbeur d'humidité, l'humidité relative augmente à cause de la régénération du matériau qui libère la vapeur d'eau piégée. Cependant, étant donné que la température des éléments électroniques est beaucoup plus élevée que celle de l'air à l'intérieur du calculateur, il n'y a pas de risque de condensation.

Dans la troisième étape relative au comportement des deux calculateurs suite au choc thermique air-air, l'humidité relative arrive à saturation en absence du matériau adsorbeur d'humidité, alors qu'elle en est très loin en présence de ce dernier.

De plus, les pentes de variation de température à l'intérieur du calculateur sont plus faibles en présence du matériau adsorbeur d'humidité. Cette atténuation des variations de la température à l'intérieur du calculateur est relative mais protège les composants électroniques présents dans le calculateur des variations rapides de température, augmentant ainsi leur durée de vie.

Exemple 2 : calculateur soumis à un cycle mixte de variations de température et d'humidité relative

Deux calculateurs identiques à celui de l'exemple 1 sont soumis à un cycle mixte de variations de température et d'humidité relative imposée par l'enceinte tout en passant par des phases de mise en marche et d'arrêt du calculateur. Les consignes de température et d'humidité relative ainsi que les phases de marche et arrêt sont indiqués dans le tableau 1.

Le test comprend 10 cycles de 24 heures chacun, soit une durée totale de 240 heures. La figure 5 montre la réponse, sur une durée de 24 heures, de l'humidité relative aux variations des paramètres extérieures de température et d'humidité relative à l'intérieur des calculateurs avec et sans matériau adsorbeur d'humidité. En l'absence de matériau adsorbeur d'humidité, le taux d'humidité relative s'approche de la saturation alors qu'en présence de matériau adsorbeur d'humidité, le taux d'humidité relative reste inférieur à 60% pendant une grand partie du test et ne dépasse que très rarement les 80%.

La figure 6 montre la réponse, sur une durée de 24 heures, de la température interne aux variations des paramètres extérieures de température et d'humidité relative à l'intérieur des calculateurs avec et sans matériau adsorbeur d'humidité.

Le trait fin en pointillés correspond à la température interne du calculateur renfermant le matériau adsorbeur d'humidité alors que le trait fin continu correspond à la température interne du calculateur sans matériau adsorbeur d'humidité. Les élévations de température dans le cas du calculateur avec matériau adsorbeur d'humidité sont plus lentes que celles relatives au calculateur sans matériau adsorbeur et le maximum est plus bas surtout dans les phases de mise en marche du calculateur ; ce qui confirme l'influence de l'enthalpie de désorption sur la thermique des composants électroniques essentiellement dans les phases de mise en marche du calculateur.