FR2571921A1 - Dissipateur de chaleur pour composants electroniques avec substrat en ceramique - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISSIPATEUR DE CHALEUR POUR COMPOSANTS ELECTRONIQUES, COMPRENANT UNE PLAQUE EN CERAMIQUE 10 PRESENTANT UNE PREMIERE SURFACE POUR RECEVOIR LA CHALEUR DES COMPOSANTS ELECTRONIQUES 12 ET UNE SECONDE SURFACE COMPORTANT UN ENSEMBLE D'ELEMENTS METALLIQUES CONDUCTEURS DE CHALEUR 24, ESPACES ET SEPARES, MONTES SUR LA SECONDE SURFACE DE LA PLAQUE EN CERAMIQUE ET S'ETENDANT A PARTIR DE CELLE-CI.

Description

Dissipateur de chaleur pour composants électroniques sur substrat
en céramique.
L'invention concerne un dissipateur de chaleur de composants
électroniques sur un-substrat en céramique.
Les composants électroniques peuvent être montés sur un substrat en céramique et reliés électriquement les uns aux autres par des conducteurs métallisés supportés par le substrat. Le brevet US No 4 292 647 décrit un dispositif à semiconducteurs comprenant un ensemble de pastilles ou puces électroniques monté sur un substrat en céramique et muni d'éléments individuels conducteurs de la chaleur montés
directement au-dessus des puces.
On a découvert que la chaleur peut être très efficacement dissipée à partir des composants électroniques en utilisant une plaque en céramique qui reçoit la chaleur des composants sur une surface et comprend un ensemble d'éléments métalliques conducteurs de chaleur séparés et espacés, montés sur l'autre surface de la plaque à partir de
laquelle ils s'étendent.
Selon un mode de réalisation préféré, la plaque en céramique sur laquelle sont montés les éléments métalliques est séparée d'un substrat en céramique sur lequel sont montés les composants électroniques; la plaque en céramique qui supporte les éléments métalliques comprend un adhésif pour la faire adhérer au substrat en céramique portant les composants électroniques; les éléments métalliques sont des pointes de cuivre cylindriques; et les pointes sont reliées à la plaque en céramique par une soudure et des embases métalliques déposées sur la
plaque en céramique.
Comme les deux plaques sont réalisées en céramique, il n'y a pas de contraintes thermiques entre elles. De plus, la plaque en céramique diffuse bien la chaleur, rendant la différence de température entre les diverses pointes peu importante et favorisant une dissipation suffisante de la chaleur. Finalement, les pointes de cuivre déterminent un bon transfert thermique dans l'air circulant dans leur voisinage et une faible baisse de pression de cet air, et la soudure détermine une liaison bonne et résistante et présente une faible résistance thermique
à la chaleur qui la traverse.
Selon un autre mode de réalisation préféré, la plaque en céramique qui supporte les éléments métalliques conducteurs de chaleur sur une surface supporte également les composants électroniques sur son autre surface. On va maintenant décrire la structure, la fabrication et le fonctionnement du mode de réalisation actuellement préféré de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue schématique en perspective, avec arrachement partiel, d'un dissipateur de chaleur monté et fixé sur un substrat en céramique supportant des composants électroniques selon l'invention, la figure 2 est une vue en plan de dessous du dissipateur de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe verticale selon la ligne 3-3 de la figure 1, et renversée par rapport à la figure 1, d'une partie du
dissipateur de la figure 1.
En ce qui concerne la structure et en référence à la figure 1, celle-ci représente un substrat en céramique 10 qui porte les composants électroniques 12 sur sa surface supérieure et est fixé au dissipateur de chaleur 14 par sa surface inférieure. Les composants électroniques 12 sont reliés électriquement les uns aux autres par une métallisation 16 prévue sur les surfaces supérieure et inférieure de la plaque en céramique 10, et la surface supérieure de la plaque 10 porte également un revêtement isolant 18 par dessus la métallisation 16. Le dissipateur 14 comporte une plaque en céramique 20 (95% d'alumine pure), une couche adhésive thermodurcissable 22 (d'une épaisseur de 0,127 mm et disponible chez 3M sous les marques commerciales YN469 ou YN568) et des pointes métalliques conductrices de chaleur 24 sur sa
surface inférieure.
En référence à la figure 2, celle-ci représente l'agencement des pointes 24 sur la surface inférieure de la plaque 20. Les pointes 24 sont montées sur des embases carrées en palladium/argent déposées sous vide, de 3,17 par 3,17 mm, espacées les unes des autres de 0,239 mm en direction de la largeur et de 0,274 mm dans le sens de la longueur. Si l'on se réfère à la figure 3, les pointes 24 ont un diamètre d'environ 2,54 mm et une longueur d'environ 6,35 mm, et elles comprennent une âme en cuivre 28 et un revêtement en étain 30. Les pointes 24 sont fixées sur les embases 26 par la soudure 32. En ce qui concerne la fabrication, on réalise le dissipateur de chaleur 14 en fixant les pointes 24 dans un gabarit qui les dispose selon l'agencement correct et en appliquant la pâte de soudage sur les extrémités exposées des pointes 24. La plaque en céramique 20 comprenant les embases 26 est placée sur les extrémités exposées des pointes 24, et ces pointes 24 et la plaque en céramique 20 sont reliées les unes aux autres par soudage à la vapeur. Lorsque l'ensemble pointes/céramique s'est refroidi, la couche adhésive 22 est appliquée puis recouverte d'une couche de protection (non représentée) qui est retirée avant de la faire adhérer au substrat 10. Le dissipateur de chaleur 14 se colle facilement au substrat 10 en amenant la surface inférieure de la plaque en céramique 10 en contact avec la couche adhésive exposée 22, qui se polymérise en utilisation. La couche adhésive 25 a une épaisseur de 0,127 mm pour compenser les
irrégularités de planéité des surfaces de la plaque en céramique.
En fonctionnement, la chaleur provenant des composants électroniques 12 est transmise par les couches en céramique 10, 20 aux pointes conductrice de chaleur 24, desquelles la chaleur est transmise à l'air ambiant qui passe sur elles. Comme la plaque en céramique 20 diffuse bien la chaleur, la différence de température entre les diverses pointes 24 est faible, et la dissipation de la chaleur dans l'air est efficace. Comme les plaques 20 et 10 sont toutes les deux en céramique, il n'existe pas de contraintes thermiques entre elles. Les pointes de cuivre 24 déterminent un bon transfert de la chaleur vers
l'air qui passe sur elles et une faible baisse de pression de cet air.
La soudure 32 détermine une bonne résistance de la liaison et une
faible résistance thermique à la chaleur qui la traverse. -
D'autres modes de réalisation de l'invention sont compris dans le
champ d'application des revendications qui suivent. Par exemple, les
pointes 24 peuvent être prévues directement sur le fond de la couche en céramique qui supporte les composants électroniques s'il n'existe pas
de métallisation 16 sur la surface inférieure.
257 11921

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Dissipateur de chaleur pour composants électroniques, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque en céramique (10) présentant une première surface pour recevoir la chaleur desdits composants électroniques (12) et une seconde surface, et un ensemble d'éléments métalliques (24) conducteurs de chaleur, espacés et séparés, montés sur ladite seconde surface de la plaque en céramique et
s'étendant à partir de celle-ci.
2. Dissipateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche d'adhésif (22) sur ladite première surface pour relier ledit dissipateur de chaleur à un substrat en céramique
supportant les composants électroniques.
3. Dissipateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits éléments métalliques sont soudés sur des embases
métalliques (26) de ladite seconde surface.
4. Dissipateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que lesdits éléments métalliques sont réalisés en cuivre.
5. Dissipateur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que lesdites embases métalliques sont réalisées en un alliage de palladium/argent.
6. Dissipateur selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que lesdits éléments métalliques (24) ont une section circulaire pour déterminer une faible baisse de
pression des gaz qui passent sur eux.
7. Combinaison du dissipateur de chaleur selon l'une quelconque
des revendications 2 à 6, et d'un substrat en céramique supportant des
composants électroniques sur une surface et collé à ladite couche d'adhésif.
8. Combinaison du dissipateur de chaleur selon l'une quelconque
des revendications 1 à 6 et de composants électroniques montés
directement sur ladite première surface de ladite plaque en céramique.
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