FR2514601A1

FR2514601A1 - Systeme d'interconnexion thermique pour carte de circuit imprime revetue de composants electroniques

Info

Publication number: FR2514601A1
Application number: FR8119253A
Authority: FR
Inventors: Herve Bricaud
Original assignee: Socapex SA
Current assignee: Socapex SA
Priority date: 1981-10-13
Filing date: 1981-10-13
Publication date: 1983-04-15
Also published as: FR2514601B1

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN SYSTEME D'INTERCONNEXION THERMIQUE POUR DES CARTES DE CIRCUITS IMPRIMES COMPORTANT NOTAMMENT UN DRAIN THERMIQUE 5 RELIE PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN CONNECTEUR 26 A UNE PAROI FROIDE DE MANIERE A EVACUER LES CALORIES ENGENDREES PAR LES COMPOSANTS ELECTRONIQUES SUR LES CIRCUITS IMPRIMES VERS LADITE PAROI FROIDE 22. SELON L'INVENTION, LE CONNECTEUR 26 EST ENCASTRE DANS LA PAROI FROIDE 22 ET A UNE FORME TELLE QUE LE DRAIN THERMIQUE 5 SUR L'UNE DE SES FACES 34 EST DIRECTEMENT AU CONTACT DE LA PAROI FROIDE 22, DE MANIERE A DIMINUER LA RESISTANCE THERMIQUE DU SYSTEME.

Description

SYSTEME D'INTERCONNEXION THERMIQUE POUR
CARTE DE CIRCUIT IMPRIME REVETUE DE
COMPOSANTS ELECTRONIQUES
La présente invention concerne un système d'interconnexion thermique pour carte de circuit imprimé revêtue de composants électroniques, chaque carte comportant notamment un drain thermique muni de deux faces parallèles, relié par l'intermédiaire d'un connecteur, à une paroi froide, de manière à évacuer les calories engendrées par les composants électroniques vers ladite paroi froide.

Le problème de la connexion thermique se pose notamment dans les appareils ou équipements électriques comportant un grand nombre de cartes munies de composants électroniques. Parmi ces composants, certains d'entre eux dissipent une quantité de chaleur importante qu'il convient d'évacuer dans les meilleures conditions possibles afin de maintenir lesdits composants dans des conditions de fonctionnement acceptables. On sait, en effet, que les circuits intégrés actuellement disponibles comportent de plus en plus de fonctions et d'éléments intégrés sur la puce semi-conductrice et que la quantité de chaleur dissipée augmente corrélativement. Afin de ne pas endommager lesdits circuits qui doivent fonctionner à des températures généralement inférieures à 1250C, il convient d'évacuer le plus rapidement possible les calories dissipées par ces circuits.

Les cartes de circuits imprimés utilisées dans ces équipements électriques sont généralement munies d'un drain thermique ou radiateur en contact thermique direct avec lesdits circuits afin de véhiculer les calories dissipées par ceux-ci vers l'extérieur de l'appareil. Ce drain thermique de la carte imprimée est alors relié au bâti de l'appareil par l'intermédiaire d'un connecteur thermique qui relie le drain à une paroi froide. Ce connecteur est donc fixé en saillie sur la paroi froide.

Il est connu que lorsque deux solides comportant des surfaces planes sont pressés l'un contre l'autre, le contact entre ces deux surfaces planes ne s'effectue en réalité qu'en un certain nombre de zones séparées les unes des autres, en raison de l'imperfection inévitable de ces surfaces. La surface réelle de contact est le plus souvent très faible devant la surface apparente de contact. Entre ces zones réelles de contact subsiste un espace intersticiel rempli de fluide dans lequel les solides baignent. Cette imperfection du contact soulève de grosses difficultés dans la résolution des problèmes de conduction entre solides accolés.On définit ainsi une résistance thermique entre deux parois accolées, ladite résistance étant égale au quotient de la différence de température entre les deux parois et de la densité de flux thermique à travers une surface unitaire entre lesdites parois.

Dans le cas de connecteurs thermiques bien connus de l'homme de métier, le drain thermique est en contact avec le connecteur thermique, lequel est relié à une paroi froide. Il existe donc une première résistance thermique entre le drain thermique d'une part et le connecteur thermique d'autre part, ainsi qu'une deuxième résistance thermique entre le connecteur thermique d'une part et la paroi froide d'autre part. De plus, il existe une résistance thermique de conduction entre les deux parois du connecteur thermique. Ces résistances thermiques s'ajoutant, le transfert des calories du composant électronique vers la paroi froide s'effectue dans des conditions peu satisfaisantes lorsque la quantité de chaleur à transmettre est importante.On peut diminuer la résistance de conduction thermique entre les deux parois en augmentant la section du connecteur entre celles-ci, mais ceci conduirait à augmenter les dimensions dudit connecteur : cette nécessité va à l'encontre de la tendance à la miniaturisation des équipements électriques dans lesquels on essaie au contraire de diminuer l'encombrement des divers composants.

Le système d'interconnexion thermique selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients et d'abaisser la résistance thermique de l'ensemble. Dans ce but, il est caractérisé en ce que ledit connecteur est encastré dans la paroi froide et a une forme telle que le drain thermique, sur l'une de ses faces, est directement au contact de la paroi froide, et sur l'autre de ses faces, au contact de moyens de maintien, solidaires du connecteur, qui le plaquent contre ladite paroi froide.

De préférence, la paroi froide comportera une rainure de profondeur sensiblement égale ou supérieure à la hauteur du connecteur qui sera ainsi complètement encastré dans ladite paroi. De cette manière, on élimine ainsi une résistance thermique par rapport à la solution connue de l'art antérieur et on améliore ainsi le refroidissement des équipements électriques utilisant le système d'interconnexion selon l'invention. De plus, le connecteur n'ayant ainsi plus aucun rôle thermique, son corps peut être en un matériau quelconque et en particulier en plastique moulé.

L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent:
- la figure 1, un système d'interconnexion thermique selon l'art antérieur,
- la figure 2, un système d'interconnexion thermique selon l'invention,
- la figure 3, une variante préférentielle du système de la figure 2,
- la figure 4, une variante du système d'interconnexion thermique selon l'invention comportant une pluralité de connecteurs.

Sur la figure 1, est représentée une carte constituée d'un circuit imprimé 4 revêtu d'un drain thermique 5 et revêtue d'un composant électronique 2 dissipant une grande quantité de chaleur.

Entre le composant 2 et le drain thermique 5 est intercalé un joint thermique qui est une pâte conductrice facilitant le transfert de calories entre les deux. Le drain thermique 5 est enfiché dans le connecteur 6 comportant deux parois sensiblement verticales, 10 et 13 reliées par une paroi horizontale 14. La paroi verticale 10 est au contact du drain thermique 5 le - long de sa face 9. Ce drain thermique 5 est plaqué contre la face 9 par l'intermédiaire d'un contact élastique 8 s'appuyant sur l'autre face du drain 5. Ce contact élastique 8 est maintenu en position par une came rotative 7 qui, suivant son orientation, permet l'introduction du drain thermique dans le connecteur ou son maintien dans celui-ci. Dans la position représentée sur la figure 1, la came maintient le drain thermique au contact de la paroi 9.La paroi 14 du connecteur thermique 6 est au contact d'une paroi froide 12, elle-même reliée ou faisant partie du bâti extérieur de l'équipement électrique considéré. Ainsi qu'on peut le constater sur cette figure, le drain thermique 5 est donc au contact du connecteur thermique 6 le long de sa face interne9, lequel connecteur est lui-même au contact de la source froide 12 le long de sa face de contact externe 11. Pour améliorer les performances thermiques de ce système, il est parfois rajouté un joint thermique le long de cette surface il, ce qui complique encore sa réalisation. Il existe donc deux surfaces de contact entre le drain thermique et la source froide 12.

Sur la figure 2, est représenté un système d'interconnexion selon l'invention. Sur cette figure, les mêmes éléments que ceux de la figure précédente portent les mêmes références. La source froide 22 est ici munie d'une rainure de section sensiblement carrée dans le cas présent comportant deux parois verticales 29 et 30 et une paroi horizontale 21. Le connecteur 26 a sensiblement la forme d'un U comportant deux branches 24 et 25 d'inégale longueur reliées par une branche 23 représentant la base du U. La branche 24 est la plus longue des deux et a une longueur égale à la largeur de la rainure.

La branche 25 est plus courte pour permettre l'introduction du drain 5. A l'intérieur des branches 23 et 25 vient se loger la came 7. La branche horizontale 24 du connecteur thermique 26 dans laquelle est maintenu le contact élastique 8, se termine par une surface horizontale 31. Le drain thermique 5 vient buter contre cette surface 31 par l'intermédiaire de son extrémité 32. La face latérale 34 du drain thermique 5 vient directement au contact de la source froide 22 le long de la paroi 29 de la rainure. La paroi 33 du drain 5, parallèle à la paroi 34, est poussée par le contact élastique 8 de manière à assurer un contact intime entre la paroi 34 et la paroi 29. La partie verticale 23 du connecteur thermique 26 se termine par une paroi sensiblement verticale 35 qui en collaboration avec la paroi verticale 29 détermine le passage du drain thermique 5.Comme dans la cas de la figure précédente, la came est ici en position de contact fermé.

Sur la figure 3, est représentée une variante du système de la figure 2 sur laquelle les mêmes éléments que ceux des figures précédentes portent les mêmes références. Le drain thermique 5 et le circuit imprimé 4, qui s'étend jusqu'à l'extrémité du drain 52 pénètrent au fond de la rainure délimitée par 29, 21 et 30. Une telle structure permet de ne construire qu'un seul type de connecteur 26 quelle que soit l'épaisseur E du drain 5 et du circuit imprimé 4, la hauteur H1 de la branche 24 étant toujours la même. Il suffit de faire varier la largeur L de la rainure corrélativement. Ceci est un avantage industriel extrêmement important par rapport à la solution de la figure Ipour laquelle chaque épaisseur de l'ensemble 4 et 5 nécessite un type de connecteur différent pour le fabricant.Toutes les cotes du connecteur 26 (H1, H2 et H3 en particulier) peuvent être figées, celles de la rainure étant adaptées. De plus, le connecteur 26 n'ayant ici aucun rôle thermique, son corps de section en forme de U peut être réalisé, comme dans le cas de la figure 2, en plastique moulé ce qui abaisse considérablement les coûts de fabrication de tels connecteurs par rapport à ceux de l'art antérieur où le corps du connecteur doit être en matériau bon conducteur thermique avec des surfaces parfaitement planes pour un bon contact. Par ailleurs, on remarquera que la profondeur de la rainure et la hauteur du connecteur 26 sont identiques et égales à H3. La branche 25 du connecteur 26 a, quant à elle, une longueur H2 inférieure à H1 pour permettre le jeu du contact élastique 8.Ce contact élastique peut être soit un métal comme dans ] 'art antérieur, soit également en plastique moulé, ayant une bonne tenue en température, pour assurer correctement sa fonction au contact du drain thermique 5.

Sur la figure 4, sont représentés, une pluralité de connecteurs thermiques tels qu'illustrés sur la figure 2 formant une variante du système d'interconnexion selon l'invention. Sur cette figure, les mêmes éléments que ceux de la figure précédente portent les mêmes références. Une pluralité de rainures 39, 40, 41 et 42 sont munies chacune d'un connecteur thermique tel que représenté par le repère 26 sur la figure 2. La source froide 22 possède par ailleurs une partie creuse 43, dans laquelle circule un fluide de refroidissement porté à température désirée et thermostatée. Il est bien entendu que cette partie creuse peut elle-même s'étendre dans toute la partie froide 22. Par exemple, celle-ci peut être réalisée en un profilé d'aluminium creux dans lequel circule en tout point le fluide de refroidissement.

Dans le cas des figures 2, 3 ou 4, chaque connecteur 26 peut être encastré encore plus profondément dans la rainure si l'on veut augmenter le contact thermique entre le drain 5 et le connecteur 26 (H3 inférieure ou égale à la profondeur de la rainure). Sur ces différentes figures, en effet, la rainure a une profondeur sensiblement égale à la hauteur H3 de la branche 23 du connecteur 26.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système d'interconnexion thermique pour carte de circuit imprimé revêtue de composants électroniques, chaque carte comportant notamment un drain thermique muni de deux faces parallèles et relié par l'intermédiaire d'un connecteur à une paroi froide de manière à évacuer les calories engendrées par les composants électroniques vers ladite paroi froide, caractérisé en ce que ledit connecteur (26) est encastré dans ladite paroi froide (22) et a une forme telle que le drain thermique (5) sur l'une de ses faces (34) est directement au contact de la paroi froide (22) et sur l'autre de ses faces (34) est au contact de moyens de maintien (8), solidaires du connecteur (26), qui le plaquent contre ladite paroi froide (22).

2. Système d'interconnexion thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi froide (22) comporte une rainure (21, 29, 30) de profondeur sensiblement égale ou supérieure à la hauteur (H3) du connecteur qui est ainsi complètement encastré dans ladite paroi.

3. Système d'interconnexion thermique selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que le drain thermique (5) s'appuie contre la paroi froide (22) sur sa première face (34) sensiblement sur toute la hauteur (H3) de la rainure.

4. Système d'interconnexion thermique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le connecteur thermique a un corps de section en forme de U comportant deux branches parallèles (24, 25) d'inégales longueurs (H1, H2) reliées par une troisième branche (23) de hauteur (H3) sensiblement égale ou inférieure à la profondeur de la rainure (21, 29, 30).

5. Système d'interconnexion thermique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de maintien sont constitués par une came (7), encastrée entre les branches (23, 24 et 25) du connecteur, agissant sur un contact élastique (8) qui plaque le drain (5) contre l'une des parois (29) de la rainure (21, 29, 30).

6. Système d'interconnexion thermique selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le corps du connecteur est en matière plastique moulée.

7 Système d'interconnexion thermique selon l'une des revendications I à 6, caractérisé en ce que la paroi froide (22) possède des parties creuses (43) dans lesquelles circule un fluide de refroidissement.