Postdoctorant en modélisation thermique et intégration mécanique des électronique d'instrumentation scientifique (H/F)

Description du Poste

Les Missions

Modélisation thermique et intégration mécanique des électroniques WFEE
La mission principale consiste à développer et valider un modèle thermique analytique du modèle d'ingénierie WFEE EM afin de prédire les températures de fonctionnement des composants actifs, de quantifier les gradients thermiques et d'identifier les principaux chemins de dissipation.
Le modèle reposera sur un réseau thermique simplifié représentant les sources de chaleur, les composants et les conductances effectives des interfaces entre puces ASIC, boîtiers céramiques, interposeurs, cartes électroniques (PCB) et structure mécanique. Il/Elle devra fournir un outil prédictif exploitable pour guider les choix de conception, sans nécessiter une modélisation exhaustive de la géométrie.
La mission inclura la caractérisation thermique expérimentale des cartes WFEE existantes et en développement, ainsi que la préparation et la réalisation d'essais dans le simulateur spatial de la salle blanche de l'APC. Les mesures permettront de caractériser les températures des composants, d'identifier les gradients thermiques et de valider ou d'affiner le modèle analytique.
La personne recrutée contribuera également à vérifier la conformité de la conception et des procédures d'essais aux exigences applicables du CNES et aux normes spatiales pertinentes, notamment ECSS. Une attention particulière sera portée à l'intégration des ASIC en boîtiers céramiques JLCC et CQFP avec interposeur, afin de consolider les interconnexions, de minimiser les longueurs de bonding et d'optimiser la dissipation thermique. Enfin, la personne recrutée produira des rapports techniques et des publications scientifiques décrivant la méthodologie de modélisation, de caractérisation et d'intégration thermique développée pour garantir des conditions de fonctionnement optimales des circuits WFEE.

L'Activité

ACTIVITÉS PRINCIPALES
1. Modélisation thermique analytique du WFEE
● Identifier les sources de dissipation, les noeuds thermiques et les principaux chemins de transfert thermique.
● Établir un modèle de réseau thermique fondé sur les puissances dissipées et les conductances effectives des interfaces.
● Estimer les conductances des interfaces PCB/structure mécanique, composant/PCB et puce ASIC/boîtier, ainsi que les autres interfaces pertinentes.
● Prédire les températures de fonctionnement des ASIC, buffers, régulateurs et autres composants actifs.
● Quantifier les gradients thermiques et étudier leur sensibilité aux paramètres d'intégration et aux conditions aux limites.
● Prendre en compte l'environnement spatial, notamment le vide, la conduction et le rayonnement.
● Exploiter les données mécaniques existantes, notamment les fichiers STEP, pour identifier les interfaces pertinentes.
2. Intégration mécanique et thermique des ASIC et des cartes électroniques
● Étudier les chemins thermiques entre puces, boîtiers, interposeurs, PCB et structure mécanique.
● Développer et évaluer des solutions d'intégration des ASIC en boîtiers JLCC et CQFP avec interposeur.
● Optimiser les interconnexions, les longueurs de bonding, les résistances thermiques et les gradients de température.
● Évaluer l'influence des matériaux, des géométries et des conditions de montage sur les performances thermiques.
● Vérifier la compatibilité des solutions avec les exigences CNES et les normes spatiales applicables.
3. Caractérisation expérimentale et essais thermiques
● Réaliser des mesures thermiques sur les cartes WFEE existantes et les nouvelles conceptions.
● Définir les configurations, l'instrumentation et les procédures de mesure adaptées.
● Préparer et conduire des essais thermiques dans le simulateur spatial de la salle blanche de l'APC.
● Analyser les résultats expérimentaux et les confronter aux prédictions du modèle.
● Contribuer à la justification des performances thermiques et à la vérification des exigences applicables.
4. Rapports techniques et publications scientifiques
● Documenter le modèle thermique, ses hypothèses, ses limites et ses résultats.
● Produire des rapports techniques sur les méthodes de caractérisation, les essais et les choix d'intégration du WFEE.
● Publier les résultats scientifiques et méthodologiques relatifs à l'intégration thermique des électroniques, notamment des ASIC, boîtiers céramiques, interposeurs et PCB.
● Présenter les résultats et recommandations lors des réunions projet, revues de conception et conférences scientifiques.
RÉSULTATS ET LIVRABLES ATTENDUS
À l'issue du postdoctorat, l'équipe devra disposer :
● D'un modèle thermique analytique documenté et réutilisable du WFEE EM.
● D'une estimation des conductances des principales interfaces thermiques.
● De prédictions des températures de fonctionnement des composants actifs et des gradients thermiques dans des conditions représentatives de l'environnement spatial.
● De résultats de caractérisation expérimentale et d'une confrontation entre mesures et modèle.
● De recommandations quantitatives pour améliorer l'intégration mécanique et thermique des des cartes et des composants.
● D'une proposition d'intégration des ASIC en boîtiers JLCC avec interposeur, répondant aux objectifs électriques, thermiques et mécaniques ainsi qu'aux exigences applicables.
● De rapports techniques et de publications scientifiques décrivant la méthodologie développée et les résultats obtenus.

Votre Profil

Compétences

CONNAISSANCES SCIENTIFIQUES ET TECHNIQUES
● Instrumentation scientifique et chaînes de lecture électroniques.
● Composants électroniques, intégration PCB et dissipation de puissance.
● Transferts thermiques par conduction et rayonnement.
● Résistances, conductances et réseaux thermiques.
● Intégration mécanique et thermique des assemblages électroniques.
● Contraintes thermiques des instruments spatiaux fonctionnant sous vide.
Une connaissance des détecteurs cryogéniques et de leurs chaînes de lecture serait particulièrement appréciée.
COMPÉTENCES OPÉRATIONNELLES
● Développer et exploiter un modèle thermique analytique.
● Estimer les conductances et identifier les résistances thermiques dominantes.
● Réaliser et analyser des mesures thermiques.
● Préparer et conduire des essais en environnement thermique et sous vide.
● Exploiter des données de CAO mécanique et identifier les interfaces pertinentes.
● Comparer différentes solutions d'intégration et formuler des recommandations quantitatives.
● Rédiger des rapports techniques et des publications scientifiques.
La maîtrise d'un logiciel particulier de simulation thermique n'est pas exigée. Une expérience en programmation scientifique ou en simulation numérique serait un atout.
COMPÉTENCES COMPORTEMENTALES
● Capacité d'analyse et de résolution de problèmes complexes.
● Rigueur scientifique et méthodologique.
● Autonomie dans la conduite d'études et d'essais.
● Capacité à relier modélisation, mesures et choix de conception.
● Aptitude au travail en équipe pluridisciplinaire.
● Qualités rédactionnelles et capacité à présenter des résultats scientifiques.
NIVEAU DE RECRUTEMENT
Doctorat en instrumentation scientifique, électronique, mécanique, thermique ou discipline apparentée.
Une expérience en instrumentation et une bonne compréhension des chaînes de lecture électroniques sont recherchées. Une expérience en modélisation thermique analytique ou en gestion thermique des assemblages électroniques serait appréciée.
Des compétences en conception mécanique, CAO, boîtiers céramiques, interposeurs ou intégration par bonding constitueraient un atout. Une connaissance des détecteurs cryogéniques, des exigences CNES et des normes spatiales serait également appréciée.

Votre Environnement de Travail

CONTEXTE SCIENTIFIQUE ET STRATÉGIQUE
La contribution de l'APC au WFEE s'inscrit dans le groupe de travail sur la chaîne de détection de l'instrument X-IFU de la mission d'astronomie X ATHENA. L'APC est responsable de la conception et du développement de l'électronique de lecture frontale WFEE, intégrant des ASIC bas bruit et des cartes électroniques répondant à des exigences spatiales strictes.
Le projet entre dans une phase critique de développement, d'intégration et de livraison de plusieurs modèles d'ingénierie. La maîtrise de l'intégration mécanique et thermique des électroniques est essentielle pour garantir les conditions de fonctionnement des composants actifs dans l'environnement spatial, où les échanges thermiques reposent principalement sur la conduction et le rayonnement.
Ce postdoctorat vise à renforcer les compétences de l'équipe APC en instrumentation, modélisation thermique et intégration mécanique, avec pour objectif de développer et valider un modèle thermique prédictif des prochains modèles d'ingénierie WFEE.
ÉQUIPE PROJET WFEE X-IFU ATHENA À L'APC
La contribution WFEE à l'APC couvre :
● La conception et la caractérisation d'ASIC.
● La conception et l'intégration de cartes électroniques spatiales.
● L'ingénierie mécanique et système.
● Les essais électriques, thermiques et environnementaux.
● L'assurance produit, la qualité et la documentation technique.
● La gestion de projet.
La personne recrutée travaillera en interaction étroite avec l'ensemble de l'équipe WFEE, en particulier les concepteurs électroniques et les interlocuteurs en ingénierie mécanique.
La personne recrutée intégrera l'équipe instrumentation de l'APC impliquée dans le développement du WFEE d'ATHENA X-IFU. Il/elle travaillera à l'interface entre instrumentation scientifique, microélectronique, intégration mécanique et ingénierie thermique, en interaction avec le responsable technique du WFEE et les partenaires concernés.

Rémunération et avantages

Rémunération

entre 3131,32 € et 3569,85 € bruts mensuels selon expérience

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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