EP4732643A1 - Dispositif de refroidissement configure pour refroidir un module electronique - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un dispositif de refroidissement (3) configuré pour refroidir un module électronique (2) comprenant une carte électronique (4) sur laquelle sont montés une pluralité de composants électroniques (5), le dispositif de refroidissement comportant : - une enceinte (10) configurée pour recevoir la carte électronique (4) et les composants électroniques (5), et pour être remplie d'un fluide diélectrique destiné à immerger les composants électroniques, l'enceinte (10) comportant notamment au moins un organe de maintien de la carte électronique, - un couvercle (14) configuré pour fermer l'enceinte et comportant au moins une nervure pour former, dans l'enceinte, un canal de circulation de fluide diélectrique (17) avec au moins un tronçon à transfert thermique plus élevé (21) qu'en dehors de ce tronçon, configuré pour refroidir localement le module électronique.

Description

DESCRIPTION

TITRE : DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT CONFIGURE POUR REFROIDIR UN MODULE ELECTRONIQUE

[1] La présente invention concerne notamment un dispositif de refroidissement configuré pour refroidir un module électronique.

[2] Il est connu, dans le cadre d’un refroidissement d’une carte électronique de puissance, comme celle utilisée dans un convertisseur DCDC (ce convertisseur étant destiné à transformer une tension d'un courant continu d’une première valeur de tension à une deuxième valeur de tension), d’employer un liquide de refroidissement circulant dans une plaque qui est en contact avec la carte électronique. Un tel système implique un débit de fluide important et est énergivore. De plus, l’architecture de la carte électronique peut compliquer l’accès, en termes de refroidissement, aux composants les plus chauds.

[3] La présente invention vise notamment à améliorer encore la régulation thermique, en particulier le refroidissement, d’un module électronique.

[4] L’invention a ainsi pour objet un dispositif de refroidissement configuré pour refroidir un module électronique comprenant une carte électronique sur laquelle sont montés une pluralité de composants électroniques, la carte électronique comprenant deux faces, une face supérieure et une face inférieure, le dispositif de refroidissement comportant :

- une base formant enceinte configurée pour recevoir la carte électronique et les composants électroniques, et pour être remplie d’un fluide diélectrique destiné à immerger les composants électroniques, l’enceinte comportant notamment au moins un organe de maintien de la carte électronique,

- un couvercle configuré pour être fixé à la base formant enceinte de façon à fermer l’enceinte,

- le dispositif de refroidissement étant caractérisé en ce que la base formant enceinte et le couvercle sont configurés pour former un circuit de circulation forcée pour ledit fluide diélectrique de façon à ce que ledit fluide circule de façon successive ou en parallèle en contact avec les deux faces de la carte électronique .

[5] On comprend qu’au sens de l’invention, la base formant enceinte et le couvercle sont interchangeables dans leur définition, les deux éléments formant deux pièces d’un boitier formant une enceinte fermée lorsqu’ils sont assemblés ensemble.

[6] Selon l’un des aspects de l’invention, la base formant enceinte (10) comprend au moins une nervure pour former, dans l’enceinte, un canal de circulation forcée de fluide diélectrique. [7] Selon l’un des aspects de l’invention, la base formant enceinte et le couvercle sont configurés pour former un circuit de circulation forcée pour ledit fluide diélectrique de façon à ce que ledit fluide circule de façon successive en contact avec les deux faces de la carte électronique

[8] Selon l’un des aspects de l’invention, la base formant enceinte et le couvercle sont configurés pour former un circuit de circulation forcée pour ledit fluide diélectrique de façon à ce que ledit fluide circule en parallèle en contact avec les deux faces de la carte électronique.

[9] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comprend au moins une nervure pour former, dans l’enceinte, un canal de circulation forcée de fluide diélectrique.

[10] Selon l’un des aspects de l’invention, la base formant enceinte et le couvercle comprennent chacun au moins une nervure pour former, dans l’enceinte, un canal de circulation forcée de fluide diélectrique en contact avec chaque face de la carte électronique.

[11] L’invention concerne aussi un système électronique, comprenant un module électronique comprenant une carte électronique sur laquelle sont montés une pluralité de composants électroniques, la carte électronique comprenant deux faces, une face supérieure et une face inférieure, le système comprenant en outre un dispositif de refroidissement tel que décrit précédemment, le dispositif recevant dans son enceinte ledit module électronique.

[12] Dans l’invention, les composants sont complètement immergés, notamment sans air ou gaz issu d’un changement de phase de fluide diélectrique.

[13] Grace à l’invention, le refroidissement des composants électroniques se fait par un contact direct avec le fluide de refroidissement de type diélectrique. Ceci est avantageux comparativement à des systèmes de l’état de l’art qui présentent des interfaces thermiques, par exemple formées par des plaques.

[14] Selon l’un des aspects de l’invention, la base formant enceinte et le couvercle présente un profil configuré pour suivre celui des faces supérieure et inférieure de la carte électronique.

[15] Selon l’un des aspects de l’invention, la base formant enceinte et/ou le couvercle sont configurés pour présenter un canal de circulation de fluide diélectrique avec au moins un tronçon à transfert thermique plus élevé qu’en dehors de ce tronçon, de façon à refroidir localement le module électronique.

[16] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon à transfert thermique plus élevé est configuré pour permettre un coefficient d'échange thermique plus élevé entre le fluide diélectrique et certains des composants électroniques. Ce coefficient d'échange thermique est notamment choisi meilleur le long de ce tronçon à transfert thermique plus élevé comparativement à d'autres zones de fluide diélectrique dans l’enceinte. Il convient de noter que ce tronçon à transfert thermique plus élevé est spécialement aménagé pour améliorer le coefficient de transfert thermique, et ce, de plusieurs manières possibles, comme on va le voir plus bas.

[17] L'invention permet ainsi un refroidissement différencié sur les différents composants électroniques du module électronique. La capacité de refroidissement est plus forte sur les composants qui ont besoin davantage de refroidissement (quitte à générer localement davantage de pertes de charge) tandis que la capacité de refroidissement sur les autres composants peut être prévue moins élevée. L'invention permet ainsi un bon compromis entre le refroidissement des composants (par exemple des transistors) qui dégagent beaucoup de chaleur et le maintien des pertes de charge à un niveau acceptable en ne forçant pas outre mesure la capacité de refroidissement là où il n'est pas nécessaire.

[18] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal de circulation de fluide est configuré pour diriger du fluide diélectrique vers des composants électroniques à refroidir.

[19] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal de circulation est formé entre deux nervures sensiblement parallèles du couvercle.

[20] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon à transfert thermique plus élevé est configuré de manière à accélérer localement le fluide diélectrique qui circule dans ce tronçon à transfert thermique plus élevé.

[21] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon à transfert thermique plus élevé présente une section de passage (ou section hydraulique) qui est plus faible qu'une section de passage du canal en dehors de ce tronçon à transfert thermique plus élevé.

[22] Notamment, le tronçon à transfert thermique plus élevé présente une largeur entre deux parois latérales qui est plus faible qu'une largeur du canal en dehors de ce tronçon à transfert thermique plus élevé.

[23] Il convient de noter que le tronçon à transfert thermique plus élevé n'a pas nécessairement la section de passage, ou la largeur, la plus petite sur la totalité du canal de circulation.

[24] Cette section de passage, ou la largeur du tronçon, est en tout cas choisie la plus faible possible compte tenu des dimensions des composants électroniques à refroidir dans ce tronçon. [25] Cette section de passage, ou largeur, la plus faible possible du canal permet de garantir que le fluide diélectrique passe dans ce tronçon avec une vitesse d'écoulement suffisante pour avoir un transfert thermique satisfaisant.

[26] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon à transfert thermique plus élevé s'étend sur une portion seulement du canal, entre une entrée de fluide du canal et une sortie de fluide du canal.

[27] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal présente des tronçons à transfert thermique plus élevé avec des moyens pour augmenter le coefficient d’échange thermique, et des tronçons à transfert thermique plus bas, notamment en alternance.

[28] En dehors du tronçon à transfert thermique plus élevé, le canal présente au moins un tronçon à transfert thermique plus bas qui est, par exemple, dépourvu de moyens pour augmenter le coefficient d’échange thermique.

[29] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal de circulation de fluide présente au moins deux tronçons à transfert thermique plus élevé, séparées l'un de l'autre par un tronçon à transfert thermique plus bas.

[30] Le fluide entrant dans le canal passe ainsi successivement par des tronçons à transfert thermique plus élevé et des tronçons à transfert thermique plus bas.

[31] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal de circulation forme un U ou, en variante, une succession de II définissant un écoulement en serpentin. En variante, le canal de circulation peut être configuré pour permettre un écoulement en spirale.

[32] Ainsi, selon l’un des aspects de l’invention, la base formant enceinte et/ou le couvercle comporte une pluralité de nervures configurées pour former le canal de circulation avec notamment une ou plusieurs formes en II.

[33] Selon l’un des aspects de l’invention, la nervure qui délimite des tronçons du canal est configurée pour être perméable au fluide qui peut ainsi traverser cette nervure, par exemple du fait que cette nervure ne s’étend pas sur toute la hauteur du canal.

[34] En variante, la nervure qui délimite le canal de circulation de fluide diélectrique forme une paroi étanche, empêchant du fluide de traverser la paroi d’une face à l’autre.

[35] Par exemple, la nervure comporte un bord supérieur en appui sur le couvercle et un bord inférieur en appui sur un fond de l’enceinte, la nervure comportant une bande souple sur son bord supérieur et/ou son bord inférieur configurée pour assurer une étanchéité de la jonction de la paroi avec le couvercle et/ou le fond vis-à-vis du fluide. [36] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon à transfert thermique plus élevé présente une hauteur plus faible que la hauteur du canal dans des tronçons à transfert thermique plus bas.

[37] Ainsi le tronçon à transfert thermique plus élevé présente une moindre hauteur au droit des composants électroniques qui chauffent le plus de sorte à réduire le diamètre hydraulique et donc améliorer le coefficient de transfert thermique.

[38] En dehors de ce tronçon à transfert thermique plus élevé, le canal présente une hauteur plus élevée de sorte à minimiser des pertes de charges.

[39] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon à transfert thermique plus élevé comporte des moyens de perturbation du fluide, notamment des perturbateurs, encore appelé « Dimples » en anglais, configurés pour générer des turbulences dans l'écoulement de fluide.

[40] Il est ainsi possible d'augmenter le coefficient de transfert thermique.

[41] Selon l’un des aspects de l’invention, les perturbateurs comportent des bossages formés à l'intérieur des canaux.

[42] Selon l’un des aspects de l’invention, les perturbateurs sont réalisés par emboutissage d’une plaque formant le couvercle.

[43] En variante, les perturbateurs peuvent être formés par injection ou par usinage.

[44] Selon l’un des aspects de l’invention, les perturbateurs sont sur des parois latérale et/ou supérieure du tronçon.

[45] Selon l’un des aspects de l’invention, les perturbateurs peuvent avoir différentes formes, par exemple une forme en chevron, une forme circulaire, une forme oblongue, une forme polygonale, par exemple carré ou rectangle.

[46] Selon l’un des aspects de l’invention, les perturbateurs peuvent avoir une hauteur dans le canal qui est compris entre 25 % et 40 % de la hauteur du canal.

[47] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comporte des ailettes de refroidissement placées dans l'écoulement de fluide dans le tronçon à transfert thermique plus élevé.

[48] Selon l’un des aspects de l’invention, une isolation électrique est prévue entre les ailettes de refroidissement et le reste du couvercle.

[49] Selon l’un des aspects de l’invention, les ailettes et/ou le couvercle sont réalisés dans une matière électriquement isolante.

[50] Il est ainsi possible d'éviter un contact électrique indésirable entre les composants électroniques. [51] Ces contacts électriques indésirables peuvent effectivement survenir lorsque les ailettes et le couvercle sont en matériaux électriquement conducteurs, par exemple en métal.

[52] Selon l’un des aspects de l’invention, les ailettes de refroidissement sont configurées de sorte que, lorsque le couvercle est monté sur l'enceinte, les ailettes viennent en appui sur les composants électroniques à refroidir, potentiellement avec une compression des ailettes, notamment une compression inférieure à 5% de la hauteur de l’ailette.

[53] Selon l’un des aspects de l’invention, une interface thermique, par exemple une pâte thermique, est prévue entre les ailettes et les composants électroniques de manière à améliorer le contact thermique entre eux. On peut aussi envisager que les ailettes soient brasées sur le composant électrique à refroidir.

[54] Selon l’un des aspects de l’invention, les ailettes de refroidissement font partie d'une pièce rapportée sur le couvercle. Les ailettes de refroidissement peuvent avoir différentes formes. Ces ailettes peuvent être par exemple droites et parallèles entre elles, ou encore être ondulées et parallèles entre elles. Ces ailettes peuvent encore former des créneaux décalés d'une rangée à l'autre.

[55] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comporte au moins un dissipateur de chaleur, par exemple sous la forme d’un bloc métallique, placé dans le tronçon à transfert thermique plus élevé.

[56] Selon l’un des aspects de l’invention, un isolant peut être utilisé entre le dissipateur thermique et le couvercle afin d'éviter tout contact électrique indésirable.

[57] Selon l’un des aspects de l’invention, le dissipateur thermique est configuré pour être en contact avec les composants électroniques à refroidir.

[58] Selon l’un des aspects de l’invention, le dissipateur thermique est de type rigide tandis que les ailettes de refroidissement décrites ci-dessus peuvent être comprimées dans une certaine mesure.

[59] Dans le cas d'un dissipateur thermique, il peut être prévu une interface thermique souple permettant un contact thermique entre le dissipateur thermique et les composants électroniques sans avoir à faire subir aux composants électroniques une force de compression susceptibles de les endommager.

[60] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon à transfert thermique plus élevé peut comporter une combinaison des éléments décrits ci-dessus, par exemple peut comporter, sur une portion, des perturbateurs et, sur une autre portion, des ailettes de refroidissement ou un dissipateur thermique. Il est possible d'envisager différentes combinaisons [61] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle est isolé électriquement de la carte électronique et des composants électronique sur cette carte.

[62] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle configuré pour fermer l’enceinte de manière étanche.

[63] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comporte une paroi principale.

[64] Selon l’un des aspects de l’invention, la paroi principale comprend des régions qui sont à des hauteurs différentes de la carte électronique lorsque le couvercle est placé sur l'enceinte.

[65] Ainsi les composants électroniques sur la carte électronique qui peuvent avoir des hauteurs différentes, peuvent être intégrés au plus près du couvercle grâce à ces régions de hauteurs différentes du couvercle, en minimisant l'encombrement et en permettant une bonne isolation électrique entre ses composants électroniques et le couvercle.

[66] Selon l’un des aspects de l’invention, un espace est prévu entre les composants électroniques sur la carte électronique et des parois du couvercle.

[67] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comporte une plaque, notamment emboutie pour former la ou les nervures qui définissent le canal de circulation.

[68] En variante, le couvercle peut être réalisé par injection.

[69] En variante encore, le couvercle est réalisé par usinage.

[70] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle est réalisé dans un matériau plastique, notamment un polymère. Le couvercle peut encore être en matériau composite avec une matrice polymère et une charge minérale ou végétale.

[71] En variante, le couvercle est réalisé en métal tel que l'aluminium.

[72] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comporte une paroi principale entourée d’un rebord surélevé par rapport à cette paroi principale, de sorte que lorsque le couvercle est assemblé avec l’enceinte, la paroi principale s’enfonce davantage dans l’enceinte que le rebord surélevé du couvercle. Ainsi la paroi principale du couvercle se trouve au plus près de la carte électronique et des composants électroniques.

[73] L’invention a encore pour objet un système comprenant un module électronique et un dispositif de refroidissement tel que décrit plus haut, configuré pour refroidir le module électronique.

[74] Selon l’un des aspects de l’invention, les zones à refroidir de manière privilégiée comportent notamment des transistors, notamment de type MOSFET.

[75] Selon l’un des aspects de l’invention, le module électronique fait partie d'un convertisseur DCDC, notamment pour véhicule automobile. [76] L'invention permet ainsi de refroidir de manière privilégiée les zones qui ont tendance à chauffer le plus, notamment des zones sur la carte électronique qui regroupent les transistors.

[77] De tels transistors dans le cas d'un convertisseur DCDC peuvent générer plus de la moitié de la déperdition thermique totale.

[78] L’invention permet de concentrer la puissance de refroidissement principalement sur les zones chaudes de la carte électronique en augmentant le débit et le coefficient d’échange thermique du fluide diélectrique qui circule dans ces zones.

[79] Dans les autres zones qui nécessitent moins de capacité de refroidissement, il est possible d'avoir un débit de fluide plus faible.

[80] Selon l’un des aspects de l’invention, l’enceinte comporte un organe de maintien de la carte électronique, cet organe de maintien étant par exemple une colonnette creuse, par exemple filetée, permettant d’y fixer la carte, par exemple à l’aide d’une vis.

[81] Selon l’un des aspects de l’invention, la base formant enceinte et le couvercle sont assemblés entre eux par collage, thermocollage, soudure par vibration ou par friction.

[82] Selon l’un des aspects de l’invention, la base formant enceinte et le couvercle sont en matière plastique résistant au fluide diélectrique.

[83] Selon l’un des aspects de l’invention, la base formant enceinte et le couvercle sont en matière plastique muni de nervures de renfort mécanique.

[84] Selon l’un des aspects de l’invention, la base formant enceinte et le couvercle sont en métal, préférentiellement en alliage d’aluminium.

[85] Selon l’un des aspects de l’invention, la base formant enceinte et/ou le couvercle comprend au moins une paroi pour former un canal de circulation de fluide diélectrique, cette paroi comportant un bord supérieur en regard du couvercle et un bord inférieur en regard du fond de l’enceinte, la paroi comportant une bande souple sur son bord supérieur et/ou son bord inférieur configurée pour assurer une étanchéité périphérique le long de son bord supérieur et/ou son bord inférieur.

[86] L’étanchéité périphérique sur la ou les parois qui forment le canal permet de diriger efficacement le fluide diélectrique vers ces composants à fort besoin de refroidissement. On parle d’étanchéité périphérique dans le sens où il s’agit d’une étanchéité le long de la paroi, empêchant du fluide de « court-circuiter » le chemin de fluide dessiné par les parois.

[87] Ainsi le fluide diélectrique peut suivre un chemin qui serpente au sein du dispositif de refroidissement. [88] Selon l’un des aspects de l’invention, la bande souple de la paroi est configurée pour être comprimée lorsque la paroi est montée dans l'enceinte fermée par le couvercle.

[89] La bande souple qui est comprimée assure une bonne étanchéité.

[90] La bande souple peut être comprimée entre la paroi et le couvercle, ou la bande souple peut être comprimée entre la paroi et le fond de l'enceinte ou la carte électronique du module électronique.

[91] Selon l’un des aspects de l’invention, la bande souple s'étend sur toute la longueur du bord supérieur ou inférieur de la paroi, de préférence de manière continue.

[92] Selon l’un des aspects de l’invention, la paroi comporte une bande souple sur son bord supérieur et une autre bande souple sur son bord inférieur.

[93] En variante, la paroi comporte une bande souple seulement sur l'un de ses bord inférieur et supérieur.

[94] Selon l’un des aspects de l’invention, lorsque la paroi est montée dans l'enceinte, le bord de la bande souple de la paroi appuie sur un composant électronique ou un obstacle de la carte électronique. L’obstacle peut être, par exemple, une vis ou un clip de maintien au centre de la carte électronique.

[95] Selon l’un des aspects de l’invention, le ou les composants électroniques sur lesquels appuie la bande souple de la paroi sont choisis parmi le ou les composants électroniques qui chauffent le moins lors du fonctionnement.

[96] L’invention a encore pour objet un dispositif tel que décrit précédemment, qui comprend en outre un distributeur de fluide diélectrique configuré pour distribuer du fluide diélectrique dans l’enceinte sous la forme d’au moins un jet de fluide diélectrique, le distributeur étant notamment lié au couvercle ou à la base formant enceinte.

[97] On appelle « jet de fluide diélectrique » un écoulement de fluide diélectrique qui est à vitesse plus élevée que le fluide diélectrique qui remplit l’enceinte, en dehors de ce jet. Ce jet permet de créer localement un différentiel de vitesse qui permet au jet de mieux refroidir les composants électroniques en regard du jet. Le distributeur de fluide selon l’invention est configuré pour distribuer du fluide diélectrique sans changement drastique de pertes de charge, à la différence de système à spray. Les systèmes à spray nécessitent des pressions de plusieurs bars (en tout cas, au moins 1 bar) et le distributeur selon l’invention permet notamment de générer seulement quelques dizaines de millibars, voire une centaine de millibars au maximum.

[98] Dans l’invention, les composants sont complètement immergés, notamment sans air ou gaz issu d’un changement de phase de fluide diélectrique. [99] Grace à l’invention, le refroidissement des composants électroniques se fait par un contact direct avec le fluide de refroidissement de type diélectrique. Ceci améliore significativement la capacité de refroidissement par le fluide, notamment comparativement à un système classique utilisant une plaque au sein de laquelle circule du fluide de refroidissement.

[100] Selon l’un des aspects de l’invention, le distributeur de fluide diélectrique est configuré pour générer un jet de fluide diélectrique sur une portion seulement du module électronique, sur une zone donnée.

[101] Selon l’un des aspects de l’invention, le distributeur de fluide diélectrique est configuré pour générer une pluralité de jets de fluide diélectrique.

[102] Selon l’un des aspects de l’invention, le distributeur est alimenté en fluide diélectrique par au moins une tubulure formée sur le couvercle ou la base formant enceinte.

[103] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle ou la base formant enceinte comporte une tubulure de sortie de fluide configurée pour évacuer du fluide ayant circulé dans l'enceinte.

[104] Selon l’un des aspects de l’invention, les tubulures d'entrée et de sortie de fluide s'étendent perpendiculairement à une paroi principale du couvercle ou de la base formant enceinte. D’autres orientations sont possibles, par exemple les tubulures pourraient être inclinées par rapport à la paroi principale du capot. Eventuellement les tubulures sont intégrées sur les parois latérales du boîtier.

[105] Selon l’un des aspects de l’invention, ces tubulures d'entrée et de sortie de fluide communique avec l'enceinte à travers des orifices réalisés sur le couvercle ou la base formant enceinte.

[106] Selon l’un des aspects de l’invention, les tubulures d'entrée et de sortie de fluide sont réalisées d'un seul tenant avec le couvercle ou la base formant enceinte.

[107] En variante, le couvercle ou la base formant enceinte comporte au moins un canal configuré pour amener du fluide diélectrique vers le distributeur.

[108] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle ou la base formant enceinte comporte deux plaques, notamment en métal tel que de l’aluminium, assemblées ensemble pour former le ou les canaux de fluide diélectrique.

[109] Selon l’un des aspects de l’invention, les plaques sont brasées entre elles.

[110] Selon l’un des aspects de l’invention, l’une des plaques est emboutie pour former le ou les canaux et l'autre plaque est plane. [111] Selon l’un des aspects de l’invention, le distributeur de jet de fluide est formé par des orifices réalisés sur l'une de ces plaques.

[112] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :

[113] [Fig 1] La figure 1 est une représentation schématique en perspective, d’un système selon un exemple de réalisation de l’invention, avec un module électronique dans une enceinte d’un dispositif de refroidissement ;

[114] [Fig. 2] La figure 2 est une représentation schématique en vue de profil en transparence du système de la figure 1 ;

[115] [Fig. 3] La figure 3 est une représentation détaillée en vue du dessus et en perspective, de la base formant enceinte et du couvercle du dispositif de refroidissement illustré sur les figures 1 et 2 ;

[116] [Fig 4] La figure 4 est une représentation schématique d’un système selon un exemple de réalisation de l’invention, avec un module électronique dans une enceinte d’un dispositif de refroidissement ;

[117] [Fig. 5] La figure 5 est une vue de profil du système de la figure 1 ;

[118] [Fig. 6] La figure 6 est une représentation en perspective, depuis le dessous, du couvercle du dispositif de refroidissement illustré sur les figures 1 et 2 ;

[119] [Fig. 7] La figure 7 est une vue, depuis le dessous, du couvercle du dispositif de refroidissement illustré sur les figures 1 et 2 ;

[120] [Fig. 8] La figure 8 est une vue, depuis le dessous, du couvercle d’un dispositif de refroidissement selon un autre exemple de réalisation de l’invention ;

[121] Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.

[122] La figure 1 représente un dispositif de refroidissement 3 selon un exemple de réalisation de l’invention, configuré pour refroidir le module électronique. Le dispositif est composé d’un couvercle 14 et d’une base formant enceinte 10, les deux étant assemblés afin d’être hermétique au fluide et de permettre la formation d’un circuit de fluide circulant sur les deux faces de la carte électronique 4, afin de refroidir les composants 5 localisés des deux côtés de ladite carte 4, comme on peut le voir sur la figure 2.

[123] On comprend que la base formant enceinte (10) et le couvercle (14) présentent des caractéristiques interchangeables, si bien que la description de caractéristiques décrites comme s’appliquant au couvercle pourrait s’appliquer à la base formant enceinte (10) et inversement.

[124] Dans certains modes de réalisation tel que représenté à la figure 2, au moins l’un du couvercle 14 et de la base formant enceinte 10, présente un profil qui suit le profil des composants 5 présents localisés sur les deux faces de la carte électronique 4.

[125] La figure 3 représente un exemple de mode de réalisation dans lequel le couvercle 14 et la base formant enceinte 10 présentent chacun des nervures 20 de façon à former de chaque côté de la carte électronique 4 un canal de circulation afin que le fluide traversant lesdits canaux de façon successive soit au contact des composants localisés 5 sur la carte électronique 4.

[126] On a représenté, sur les figures 4 et 5, un système 1 comprenant un module électronique 2 et un dispositif de refroidissement 3 selon un exemple de réalisation de l’invention, configuré pour refroidir le module électronique.

[127] Le module électronique 2 fait partie d'un convertisseur DCDC, notamment pour véhicule automobile.

[128] Le module électronique 2 comprend une carte électronique 4 sur laquelle sont montés une pluralité de composants électroniques 5, dont des transistors de type MOSFET présents dans des zones 6.

[129] Les zones 6 sont à refroidir de manière privilégiée car les transistors de type MOSFET ont tendance à chauffer davantage que d’autres composants. De tels transistors dans le cas d'un convertisseur DCDC peuvent générer plus de la moitié de la déperdition thermique totale, pour une fraction de la surface de contact totale.

[130] Le dispositif de refroidissement 3 comporte une enceinte 10 configurée pour recevoir la carte électronique 4 et les composants électroniques 5, et pour être remplie d’un fluide diélectrique destiné à immerger les composants électroniques 5.

[131 ] L’enceinte comporte des organes de maintien 11 de la carte électronique 4. L’enceinte 10 est par exemple monobloc, en matière plastique ou en métal, et se présente sous la forme d’une cuve. [132] Les organes de maintien 11 de la carte électronique comportent des colonnettes creuses, par exemple filetée, permettant d’y fixer la carte, par exemple à l’aide de vis.

[133] Les vis traversent des orifices 12 formés dans la carte 4.

[134] Le dispositif de refroidissement 3 comporte en outre un couvercle 14 configuré pour fermer l’enceinte 10 de manière étanche.

[135] Le couvercle 14, réalisé par moulage par injection d’une matière plastique, comporte une paroi principale 15 entourée d’un rebord surélevé 16 par rapport à cette paroi principale 15, de sorte que lorsque le couvercle 14 est assemblé avec l’enceinte 10, la paroi principale 15 s’enfonce davantage dans l’enceinte 10 que le rebord surélevé 16 du couvercle 14. Ainsi la paroi principale 15 du couvercle se trouve au plus près de la carte électronique 4 et des composants électroniques 5.

[136] Comme illustré sur la figure 6, le couvercle 14 comporte des nervures 20 pour former, dans l’enceinte 10, un canal de circulation 17 de fluide diélectrique avec des tronçons 21 à transfert thermique plus élevé qu’en dehors de ce tronçon, configurés pour refroidir localement le module électronique 2.

[137] Le couvercle 14 comporte une plaque emboutie pour former les nervures 20 qui définissent le canal de circulation.

[138] Les tronçons à transfert thermique plus élevé 21 sont configurés de manière à accélérer localement le fluide diélectrique qui circule dans chaque tronçon à transfert thermique plus élevé 21 .

[139] Chaque tronçon à transfert thermique plus élevé 21 présente une section de passage (ou section hydraulique) qui est plus faible qu'une section de passage du canal en dehors de ce tronçon à transfert thermique plus élevé 21 .

[140] Cette section de passage la plus faible possible du canal permet de garantir que le fluide diélectrique passe dans ce tronçon 21 avec une vitesse d'écoulement suffisante pour avoir un transfert thermique satisfaisant.

[141] Les tronçons à transfert thermique plus élevé 21 s'étendent sur certaines portions seulement du canal 17, entre une entrée de fluide 25 du canal et une sortie 26 de fluide du canal.

[142] Dans l’exemple décrit, le canal 17 présente des tronçons à transfert thermique plus élevé 21 avec des moyens pour augmenter le coefficient d’échange thermique, et des tronçons à transfert thermique plus bas 27, en alternance. Ces tronçons 21 et 27 se succèdent en formant un écoulement en un ou un U plusieurs U successifs. Ici, chaque tronçons 21 et 27 s’étend sur une branche rectiligne du U. [143] Dans l’exemple décrit, chaque nervure 20 qui délimite des tronçons du canal est configurée pour être perméable au fluide qui peut ainsi traverser cette nervure, du fait que cette nervure ne s’étend pas sur toute la hauteur du canal 17, comme on peut le voir sur la figure 5.

[144] En variante, la nervure 20 qui délimite le canal de circulation de fluide diélectrique forme une paroi étanche, empêchant du fluide de traverser la paroi d’une face à l’autre.

[145] Par exemple, une telle nervure comporte un bord inférieur en appui sur un fond de l’enceinte ou la carte électronique, la nervure comportant une bande souple sur son bord inférieur configurée pour assurer une étanchéité de la jonction de la paroi avec le fond ou la carte électronique 4.

[146] Dans l’exemple décrit, chaque tronçon à transfert thermique plus élevé 21 présente une hauteur H1 plus faible que la hauteur H2 du canal dans des tronçons à transfert thermique plus bas 27, comme on peut le voir sur la figure 5.

[147] Ainsi le tronçon à transfert thermique plus élevé 21 présente une moindre hauteur H1 au droit des composants électroniques 5 qui chauffent le plus de sorte à réduire le diamètre hydraulique et donc améliorer le coefficient de transfert thermique.

[148] En dehors de ce tronçon à transfert thermique plus élevé 21 , le canal présente une hauteur H2 plus élevée de sorte à minimiser des pertes de charges et donc des chutes de chute de pression.

[149] La paroi principale 15 comprend ainsi des régions qui sont à des hauteurs différentes de la carte électronique lorsque le couvercle 14 est placé sur l'enceinte 10.

[150] Chaque tronçon à transfert thermique plus élevé 21 comporte des moyens de perturbation du fluide, notamment des perturbateurs 30, encore appelé « Dimples » en anglais, configurés pour générer des turbulences dans l'écoulement de fluide.

[151] Il est ainsi possible d'augmenter le coefficient de transfert thermique.

[152] Les perturbateurs 30 comportent des bossages formés à l'intérieur du canal 17, qui sont réalisés par emboutissage d’une plaque formant le couvercle 14.

[153] Les perturbateurs 30 peuvent avoir une hauteur dans le canal qui est compris entre 25 % et 40 % de la hauteur du canal 17.

[154] Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l’invention illustré à la figure 6, le couvercle 14 comporte des ailettes de refroidissement 40 placées dans l'écoulement de fluide dans l’un des tronçons à transfert thermique plus élevé 21 .

[155] Une isolation électrique est prévue pour les ailettes de refroidissement 40 et le reste du couvercle 14. Par exemple, les ailettes 40 et le couvercle 14 sont réalisés dans une matière électriquement isolante. Il est ainsi possible d'éviter un contact électrique indésirable sur composants électroniques 4.

[156] Les ailettes de refroidissement 40 sont configurées de sorte que, lorsque le couvercle 14 est monté sur l'enceinte 10, les ailettes 40 viennent en appui sur les composants électroniques 5 à refroidir, potentiellement avec une petite compression des ailettes 40, notamment une compression inférieure à 5% de la hauteur de l’ailette.

[157] Une interface thermique, par exemple une pâte thermique, est prévue entre les ailettes 40 et les composants électroniques 5 de manière à améliorer le contact thermique entre eux.

[158] Dans l’exemple décrit, les ailettes de refroidissement 40 font partie d'une pièce rapportée 41 fixée sur l’un des tronçons à transfert thermique plus élevé 21 sur le couvercle 14. Dans l’exemple décrit, le tronçon à transfert thermique plus élevé 21 reçoit trois pièces 41 à ailettes, disposées l’une après l’autre dans le sens de l’écoulement. Chaque pièce 41 à ailettes est en contact thermique avec deux composants électroniques 5. Les pièces 41 à ailettes sont par exemple collées ou soudées sur le couvercle 14.

[159] Les ailettes de refroidissement 40 peuvent avoir différentes formes. Ces ailettes peuvent être par exemple droites et parallèles entre elles (figure 7), ou encore être ondulées et parallèles entre elles (figure 8). Ces ailettes 40 peuvent encore former des créneaux décalés d'une rangée à l'autre. Les ailettes 40 peuvent être perforées au lieu d’être pleines.

[160] Dans un autre exemple de réalisation non illustré, le couvercle 14 comporte au moins un dissipateur de chaleur, par exemple sous la forme d’un bloc métallique, placé dans le tronçon à transfert thermique plus élevé 21 , et le dissipateur thermique est configuré pour être en contact avec les composants électroniques 5 à refroidir. Ce dissipateur thermique est de type rigide tandis que les ailettes de refroidissement 40 décrites ci-dessus peuvent être comprimées dans une certaine mesure.

[161] Dans le cas d'un dissipateur thermique, il peut être prévu une interface thermique souple, par exemple une colle thermique, permettant un contact thermique entre le dissipateur thermique et les composants électroniques sans avoir à faire subir aux composants électroniques une force de compression susceptibles de les endommager.

[162] Bien entendu, le tronçon à transfert thermique plus élevé 21 peut comporter une combinaison des éléments décrits ci-dessus, par exemple peut comporter, sur une portion, des perturbateurs et, sur une autre portion, des ailettes de refroidissement ou un dissipateur thermique. Il est possible d'envisager différentes combinaisons [163] En tout état de cause, le couvercle 14 est isolé électriquement de la carte électronique 4 et des composants électronique 5 sur cette carte.

Claims

REVENDICATIONS

[Revendication 1] Dispositif de refroidissement (3) configuré pour refroidir un module électronique (2) comprenant une carte électronique (4) sur laquelle sont montés une pluralité de composants électroniques (5), la carte électronique (4) comprenant deux faces, une face supérieure et une face inférieure, le dispositif de refroidissement comportant :

- une base formant enceinte (10) configurée pour recevoir la carte électronique (4) et les composants électroniques (5), et pour être remplie d’un fluide diélectrique destiné à immerger les composants électroniques, l’enceinte (10) comportant notamment au moins un organe de maintien (11) de la carte électronique,

- un couvercle (14) configuré pour être fixé à la base formant enceinte (10) de façon à fermer l’enceinte,

- le dispositif de refroidissement étant caractérisé en ce que la base formant enceinte (10) et le couvercle (14) sont configurés pour former un circuit de circulation forcée (17) pour ledit fluide diélectrique de façon à ce que ledit fluide circule de façon successive ou en parallèle en contact avec les deux faces de la carte électronique .

[Revendication 2] Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la base formant enceinte (10) comprend au moins une nervure (20) pour former, dans l’enceinte, un canal de circulation forcée de fluide diélectrique.

[Revendication 3] Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le couvercle (14) comprend au moins une nervure pour former, dans l’enceinte, un canal de circulation forcée de fluide diélectrique.

[Revendication 4] Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel la base formant enceinte (10) et le couvercle comprennent chacun au moins une nervure (20) pour former, dans l’enceinte, un canal de circulation forcée de fluide diélectrique en contact avec chaque face de la carte électronique.

[Revendication 5] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la base formant enceinte (10) et/ou le couvercle sont configurés pour présenter un canal de circulation de fluide diélectrique avec au moins un tronçon à transfert thermique plus élevé (21) qu’en dehors de ce tronçon, de façon à refroidir localement le module électronique.

[Revendication 6] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la base formant enceinte (10) et le couvercle présente un profil configuré pour suivre celui des faces supérieure et inférieure de la carte électronique.

[Revendication 7] Dispositif de refroidissement (3) selon la revendication 2 à 6, dans lequel la nervure (20) qui délimite des tronçons du canal est configurée pour être perméable au fluide qui peut ainsi traverser cette nervure (20), par exemple du fait que cette nervure ne s’étend pas sur toute la hauteur du canal (17).

[Revendication 8] Dispositif de refroidissement (3) selon l’une des revendications 2 à 7, dans lequel le canal de circulation (17) forme un U ou une succession de U définissant un écoulement en serpentin.

[Revendication 9] Dispositif de refroidissement (3) selon l’une des revendications 5 à 8, dans lequel le tronçon à transfert thermique plus élevé (21 ) présente une hauteur plus faible que la hauteur du canal (17) dans des tronçons à transfert thermique plus bas.

[Revendication 10] Dispositif de refroidissement (3) selon l’une des revendications 5 à 9, dans lequel le tronçon à transfert thermique plus élevé (21 ) comporte des moyens de perturbation du fluide, notamment des perturbateurs (30), les perturbateurs pouvant notamment avoir une hauteur dans le canal qui est compris entre 25 % et 40 % de la hauteur du canal (17).

[Revendication 11] Dispositif de refroidissement (3) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le couvercle (14) comporte une paroi principale (15) entourée d’un rebord surélevé (16) par rapport à cette paroi principale, de sorte que lorsque le couvercle (14) est assemblé avec l’enceinte, la paroi principale (15) s’enfonce davantage dans l’enceinte que le rebord surélevé du couvercle.

[Revendication 12] Système électronique, comprenant un module électronique (2) comprenant une carte électronique (4) sur laquelle sont montés une pluralité de composants électroniques (5), la carte électronique (4) comprenant deux faces, une face supérieure et une face inférieure, le système comprenant en outre un dispositif de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, le dispositif recevant dans son enceinte ledit module électronique (2).