FR2842942A1 - Systeme de radiateur, procede de rayonnement, tampon thermique, module a semi-conducteur, repartiteur de chaleur et substrat - Google Patents
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Abstract
Système de radiateur (100) incluant un corps à température élevée (10) qui constitue une source thermique, un récepteur (20) sur lequel le corps à température élevée (10) est installé, et un tampon thermique (30). Le récepteur (20) reçoit la chaleur du corps à température élevée (10). Le tampon thermique (30) est intercalé au moins entre le corps à température élevée (10) et le récepteur (20) pour faire écran à la transmission de chaleur entre le corps à température élevée (10) et le récepteur (20), comporte un conducteur thermique à capacité élevée (31) et un expanseur de faible capacité (32) disposé en une position qui fait face au corps à température élevée (10) et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée (31), et présente une première zone de liaison (F1) par rapport au corps à température élevée (10) et une seconde zone de liaison (F2) par rapport au récepteur (20). La seconde zone de liaison (F2) est beaucoup plus grande que la première zone de liaison (F1). La chaleur provenant du corps à température élevée (10) est rayonnée par le récepteur (20) ou est rayonnée grâce au récepteur (20). Ainsi, la différence d'expansion thermique peut être réduite au minimum entre le corps à température élevée (10) et le récepteur (20).
Description
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Domaine de l'invention La présente invention concerne un système de radiateur, un procédé de rayonnement et un tampon thermique qui éliminent les contraintes thermiques générées lorsque de la chaleur est transmise entre des corps à température élevée et des récepteurs. Ainsi, il est possible pour le système de radiateur, le procédé de rayonnement et le tampon thermique de garantir une installation sur une carte stable pour les corps à température élevée et les récepteurs. De plus, la présente invention concerne des modules à semi-conducteur, des répartiteurs de chaleur et des substrats, des formes d'application du système de radiateur, un procédé de
rayonnement et un tampon thermique.
Description de la technique apparentée
De nombreux composants sont chauffés à des températures élevées, en fonctionnement. Du point de vue de la résistance à la chaleur, il est nécessaire de soumettre les composants à un rayonnement correct. Plus particulièrement, les dispositifs électriques et les appareils électroniques comprennent des dispositifs dont les gammes de température de service sont strictement régulées. En conséquence, dans les appareils électriques et les appareils électroniques, il est important de soumettre les dispositifs à un rayonnement correct. Ci-après, le rayonnement sera décrit en faisant référence à un exemple, un module à semi-conducteur dans lequel les dispositifs à semi-conducteur sont disposés sur
un substrat.
Selon l'usage des modules à semi-conducteur, les dispositifs à semiconducteur génèrent habituellement de la chaleur qui peut atteindre des températures élevées. Pour garantir que les dispositifs à semi-conducteur fonctionnent de manière stable, il est indispensable de les soumettre à un
rayonnement de manière efficace.
De manière classique, la chaleur générée par les dispositifs à semiconducteur a été rayonnée en installant sur des cartes des dispositifs à semi-conducteur sur des substrats ayant une conductivité à la chaleur élevée et en disposant des dissipateurs thermiques sur les substrats. Plus la taille des semi-conducteurs est réduite, mieux ils sont intégrés, et de plus, plus grande est l'amplitude des
courants qui circulent dans les dispositifs à semiconducteur, plus ce rayonnement devient important.
D'une part, les dispositifs à semi-conducteur comprennent du Si, ils révèlent un coefficient d'expansion linéaire faible qui peut atteindre quelques ppm/OC. Par ailleurs, lorsque des substrats sur lesquels les semi-conducteurs sont installés sont examinés pour rechercher les métaux, tel que le cuivre, présents sur la surface, ils relèvent un coefficient d'expansion linéaire qui peut atteindre plus de 100 ppm/OC. Par conséquent, lorsque les dispositifs à semiconducteur et les substrats sont liés directement par brasure, il peut se produire des défauts tels que les dispositifs à semi-conducteur se détachent des substrats du fait de la différence entre les coefficients d'expansion
linéaire.
Pour garantir la capacité de transmission de la chaleur (ou les propriétés rayonnantes) entre les dispositifs à semiconducteur et les substrats et la capacité d'installation stable sur une carte (ou capacité de liaison) des dispositifs à semi-conducteur par rapport aux substrats, des répartiteurs de chaleur ayant une conductivité thermique élevée ainsi qu'une faible capacité de dilation sont proposés pour être intercalés entre les dispositifs à semiconducteur et les substrats. Par exemple, la publication de brevet japonais non soumise à l'inspection publique (KOKAI) NO 2000-77 582 et la publication de modèle d'utilité japonais non soumise à l'inspection publique (KOKAI) NO 6320 448 font état des répartiteurs de chaleur. La première publication fait état d'un répartiteur de chaleur qui comprend un noyau composé de cuivre ayant une conductivité thermique élevée et disposé au milieu, et un cadre composé d'un alliage d'invar ayant une faible capacité de dilatation et qui entoure la périphérie extérieure du noyau. La seconde publication fait état d'un répartiteur de chaleur dans lequel un alliage d'invar ayant une faible capacité de dilatation est entouré de cuivre ayant une conductivité
thermique élevée, contrairement à la première publication.
Dans la publication du brevet japonais non soumise à l'inspection publique (KOKAI) NO 2000-77 582, le cadre
(c'est-à-dire l'alliage d'invar) empêche le noyau (c'est-àdire le cuivre) de se dilater à cause de l'effet thermique.
Il en résulte qu'il peut se produire que les surfaces de liaison du noyau qui sont liées aux dispositifs à semi20 conducteur et au substrat gonflent verticalement. Par conséquent, le répartiteur de chaleur peut ne pas être capable de garantir l'adhérence entre le dispositif à semiconducteur et le substrat. Eventuellement, il peut se
produire des défauts tels que les dispositifs à semi25 conducteur se détachent des substrats.
Il semble que le répartiteur de chaleur dont il est fait état dans la publication de modèle d'utilité japonais non soumise à l'inspection publique (KOKAI) NI 63-20 448 ne souffre pas de cet inconvénient, et qu'il est correct en termes de conductivité thermique, d'effet de diffusion thermique et de capacité de liaison. Quelle que soit la performance du répartiteur de chaleur en soi, lorsque le répartiteur de chaleur dont il est fait état dans la publication examinée, en ce qui concerne la relation de liaison entre les répartiteurs de chaleur, les dispositifs à semi-conducteur et le substrat, il faut comprendre que les surfaces opposées des répartiteurs de chaleur sont liées aux dispositifs à semi-conducteur et au substrat de la même manière. Plus particulièrement, la zone de liaison entre les dispositifs à semi- conducteur et les répartiteurs de chaleur diffère peu de la zone de liaison entre le substrat et les
répartiteurs de chaleur.
Cependant, si l'on considère le fait que le coefficient d'expansion linéaire des dispositifs à semi-conducteur diffère de celui des substrats de manière inhérente, il n'est pas nécessaire de dire qu'il est raisonnable de lier les répartiteurs de chaleur aux dispositifs à semiconducteur ou aux substrats de la même manière, du point de vue de la capacité d'installation sur une carte de
dispositifs à semi-conducteur par rapport aux substrats.
RESUME DE L'INVENTION
La présente invention a été mise au point au vu de telles circonstances. Par conséquent, un objectif de la présente invention consiste à fournir un système de radiateur, un procédé de rayonnement et un tampon thermique qui peuvent assurer la capacité d'installation sur une carte entre des modules à semi-conducteur, mais sans se limiter à ce cas, puis de manière extensive, au cas entre les corps à température élevée et les récepteurs qui reçoivent de la chaleur provenant de corps à température élevée. De plus, un autre objectif de la présente invention consiste à fournir des modules à semi-conducteur, des répartiteurs de chaleur et des substrats qui utilisent le système de radiateur, le
procédé de rayonnement et le tampon thermique.
Les inventeurs de la présente invention ont consacré tous leurs efforts à l'étude du problème, afin de le résoudre. Il résulte des essais et des erreurs répétés, qu'ils ont pensé à faire varier les zones de liaison décrites ci-dessus des répartiteurs de chaleur, par exemple, entre la zone de liaison du côté du dispositif et la zone de liaison du côté du substrat. Ils ont ainsi mis au point cette idée nouvelle
et sont parvenus à réaliser la présente invention.
(Système de radiateur) Un système de radiateur selon la présente invention comprend: un corps à température élevée qui constitue une source thermique; un récepteur sur lequel le corps à température élevée est installé, le récepteur recevant de la chaleur du corps à température élevée; et un tampon thermique intercalé au moins entre le corps à température élevée et le récepteur pour faire écran entre la transmission de chaleur provenant du corps à température élevée et le récepteur; grâce à quoi la chaleur provenant du corps à température élevée est rayonnée par le récepteur; dans lequel le tampon thermique comprend un conducteur thermique à capacité élevée, et un expanseur de faible capacité disposé en une position qui fait face au corps à température élevée et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée; et le tampon thermique présente une première zone de liaison (ou zone de liaison du côté du corps à température élevée) par rapport au corps à température élevée, et une seconde zone de liaison (ou zone de liaison du côté du récepteur) par rapport au récepteur, la seconde de liaison étant beaucoup plus grande que la première zone de liaison. Plus particulièrement, la seconde zone de liaison peut de préférence être beaucoup plus grande que la première zone de liaison de la manière suivante. Par exemple, dans la section du tampon thermique, l'angle formé par une ligne diagonale, qui relie une extrémité de la première zone de liaison avec une extrémité de la seconde zone de liaison, et une ligne verticale, qui s'étend verticalement entre l'extrémité de la première zone de liaison et la seconde zone de liaison, peut de préférence atteindre 45 degrés, voire plus, tel
qu'illustré sur la figure 9.
Ci-après, lorsque le corps à température élevée, le récepteur et le tampon thermique sont considérés comme étant des dispositifs à semi- conducteur, un substrat et un répartiteur de chaleur, respectivement, il est possible de considérer le présent système de radiateur comme un module à semi-conducteur. Par exemple, la présente invention peut être considérée comme un module à semi-conducteur, comprenant: un dispositif à semi-conducteur qui constitue une source thermique; un substrat sur lequel le dispositif à semi-conducteur est installé; et un répartiteur de chaleur intercalé entre le dispositif à semi-conducteur et le substrat afin de diffuser la chaleur provenant du dispositif à semi-conducteur vers le substrat; Dans lequel le répartiteur de chaleur comprend un conducteur thermique à capacité élevée et un expanseur de faible capacité disposé en une position qui fait face au dispositif à semi-conducteur et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée; et le répartiteur de chaleur présente une première zone de liaison (ou zone de liaison du côté du dispositif) entre le répartiteur de chaleur et le dispositif à semi-conducteur et par rapport au dispositif à semiconducteur, et une seconde zone de liaison (ou zone de liaison du côté du substrat) entre le répartiteur de chaleur et le substrat et par rapport au substrat, la seconde zone de liaison étant beaucoup plus grande que la première zone
de liaison.
De plus, lorsque le corps à température élevé, le récepteur et le tampon thermique sont considérés comme étant un dispositif à semi-conducteur, un récepteur de chaleur et un substrat, respectivement, il est possible de considérer le présent système de radiateur comme étant un module à semiconducteur. Par exemple, la présente invention peut être considérée comme un module à semi-conducteur, comprenant un dispositif à semiconducteur qui constitue une source thermique; un dissipateur thermique recevant la chaleur provenant du semi-conducteur; et un substrat présentant des surfaces opposées, lié au dispositif à semi-conducteur sur l'une des surfaces opposés, et lié au dissipateur thermique sur l'autre des surfaces opposées afin de transmettre la chaleur entre le dispositif à semi-conducteur et le dissipateur thermique; dans lequel le substrat comprend un conducteur thermique à capacité élevée, et un expanseur de faible capacité disposé en une position faisant face au dispositif à semiconducteur et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée; et le substrat présente une première zone de liaison (ou zone de liaison du côté du dispositif) entre le substrat et le dispositif à semi-conducteur et par rapport au dispositif à semi-conducteur, et une seconde zone de liaison (ou zone de liaison du côté du dissipateur thermique) entre le substrat et le dissipateur thermique et par rapport au dissipateur thermique, la seconde zone de liaison étant
beaucoup plus grande que la première zone de liaison.
De plus, lorsque le corps à température élevée, le récepteur et le tampon thermique sont considérés comme étant un substrat, un dissipateur thermique et un répartiteur de chaleur, respectivement, il est possible de considérer le présent système de radiateur comme étant un module à semiconducteur. Par exemple, la présente invention peut être considérée comme étant un module à semi-conducteur, comprenant: un substrat constituant une source thermique; un dissipateur thermique recevant la chaleur provenant du substrat; et un répartiteur de chaleur présentant des surfaces opposées, lié au substrat sur l'une des surfaces opposées, et lié au dissipateur thermique sur l'autre des surfaces opposées afin de transmettre la chaleur du substrat vers le dissipateur thermique de chaleur; dans lequel le répartiteur de chaleur comprend un conducteur thermique à capacité élevée, et un expanseur de faible capacité disposé en une position faisant face au substrat et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée; et le répartiteur de chaleur présente une première zone de liaison (ou zone de liaison du côté du substrat) entre le répartiteur de chaleur et le substrat et par rapport au substrat, et une seconde zone de liaison (ou zone de liaison du côté du dissipateur thermique) entre le répartiteur de chaleur et le dissipateur thermique et par rapport au dissipateur thermique, la seconde zone de liaison étant
beaucoup plus grande que la première zone de liaison.
(Procédé de rayonnement) Sans se limiter au système de radiateur décrit ci-dessus, il est possible de considérer la présente invention comme étant un procédé de rayonnement. Par exemple, la présente invention peut être considérée comme un procédé de rayonnement permettant de rayonner de la chaleur depuis un corps à température élevée qui constitue une source thermique pour un récepteur, le corps à température élevée étant installé sur celui-ci, le récepteur recevant la chaleur provenant du corps à température élevée, ou rayonnant la chaleur grâce au récepteur, le procédé de rayonnement comprenant l'étape consistant à: préparer un tampon thermique intercalé au moins entre le corps à température élevée et le récepteur afin de faire écran à la transmission thermique entre le corps à température élevée et le récepteur; dans lequel le tampon thermique comprend un conducteur thermique à capacité élevée, et un expanseur de faible capacité disposé en une disposition faisant face au corps à température élevée et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée; et le tampon thermique présente une première zone de liaison (ou zone de liaison du côté du corps à température élevée) par rapport au corps à température élevée, et une seconde zone de liaison (ou zone de liaison du côté du récepteur) par rapport au récepteur, la seconde zone de liaison étant beaucoup plus grande que la première zone de liaison. (Tampon thermique) En outre, sans se limiter au système de radiateur décrit cidessus, il est possible de considérer la présente invention comme constituant un tampon thermique. Par exemple, la présente invention peut être considérée comme un tampon thermique intercalé au moins entre un corps à température élevée qui constitue une source thermique et un récepteur sur lequel le corps à température élevée est installé, le récepteur recevant la chaleur provenant du corps à température élevée, afin de faire écran à la transmission de la chaleur entre le corps à température élevée et le récepteur; dans lequel le tampon thermique comprend un conducteur thermique à capacité élevée, et un expanseur de faible capacité disposé en une position faisant face au corps à température élevée et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée; et le tampon thermique présente une première zone de liaison (ou zone de liaison du côté du corps à température élevée) placée par rapport au corps à température élevée, et une seconde zone de liaison (ou zone de liaison du côté du récepteur placée par rapport au récepteur, la seconde zone de liaison étant beaucoup plus
grande que la première zone de liaison.
Ci-après, lorsque le corps à température élevée et le récepteur sont considérés comme constituant un dispositif à semi-conducteur et un substrat, respectivement, il est possible de considérer le tampon thermique décrit ci-dessus comme un répartiteur de chaleur. Par exemple, la présente invention peut être considérée comme un répartiteur de chaleur intercalé entre un dispositif à semi-conducteur qui constitue une source thermique et un substrat, le dispositif à semi-conducteur étant installé sur celui-ci afin de diffuser de la chaleur entre le dispositif à semi-conducteur et le substrat; dans lequel le répartiteur de chaleur comprend un conducteur thermique à capacité élevée et un expanseur de faible capacité disposé en une position faisant face au dispositif à semiconducteur et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée; et le répartiteur de chaleur présente une première zone de liaison (ou zone de liaison du côté du dispositif) entre le répartiteur de chaleur et le dispositif à semi-conducteur et par rapport au dispositif à semiconducteur, et une seconde zone de liaison (ou zone de liaison du côté du substrat) entre le répartiteur de chaleur et le substrat et par rapport au substrat, la seconde de liaison étant beaucoup plus grande que la première zone de liaison. En outre, lorsque le corps à température élevée et le récepteur sont considérés comme constituant un dispositif à semi-conducteur et un dissipateur thermique, respectivement, il est possible de considérer le tampon thermique décrit cidessus comme étant un substrat. Par exemple, la présente invention peut être considérée comme étant un substrat présentant des surfaces opposées, lié à un dispositif à semi-conducteur qui constitue une source thermique sur l'une des surfaces opposées, et lié à un dissipateur thermique recevant la chaleur du dispositif à semi-conducteur sur l'autre des surfaces opposées afin de transmettre la chaleur entre le dispositif à semi-conducteur et le dissipateur thermique; dans lequel le substrat comprend un conducteur thermique à capacité élevée et un expanseur de faible capacité disposé en une position faisant face au dispositif à semi-conducteur et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée et le substrat présente une première zone de liaison (ou zone de liaison du côté du dispositif) entre le substrat et le dispositif à semi-conducteur et par rapport au dispositif à semi-conducteur, et une seconde zone de liaison (zone de liaison du côté du dissipateur thermique) entre le substrat et le dissipateur thermique et par rapport au dissipateur thermique, la seconde de liaison étant beaucoup plus grande
que la première zone de liaison.
De plus, lorsque le corps à température élevée et le récepteur sont considérés comme constituant un substrat et un dissipateur thermique, respectivement, il est possible de considérer le tampon thermique décrit ci-dessus comme étant un répartiteur de chaleur. Par exemple, la présente invention peut être considérée comme étant un répartiteur de chaleur présentant des surfaces opposées, lié à un substrat qui constitue une source thermique sur l'une de surfaces opposées, et lié à un dissipateur thermique recevant la chaleur provenant du substrat sur l'autre des surfaces opposées afin de transmettre la chaleur entre le substrat et le dissipateur thermique; dans lequel le répartiteur de chaleur comprend un conducteur thermique à capacité élevée et un expanseur de faible capacité disposé en une position faisant face au dispositif à semi-conducteur et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée; et le répartiteur de chaleur présente une première zone de liaison (ou zone de liaison du côté du substrat) entre le répartiteur de chaleur et le substrat et par rapport au substrat, et une seconde zone de liaison (ou zone de liaison du côté du dissipateur thermique) entre le répartiteur de chaleur et le dissipateur thermique et par rapport au dissipateur thermique, la seconde zone de liaison
étant beaucoup plus grande que la première zone de liaison.
Il convient de remarquer que le répartiteur de chaleur décrit ci-dessus selon la présente invention peut servir non seulement de diffuseur de chaleur simple mais peut également prendre des fonctions de dissipateur thermique. En outre, lorsque cela est approprié, un répartiteur de chaleur intercalé entre un dispositif à semi-conducteur et un substrat sera ci-après indiqué comme étant un répartiteur de chaleur du côté du dispositif, et un répartiteur de chaleur intercalé entre un substrat et un récepteur de chaleur sera ci-après indiqué comme un répartiteur de chaleur du côté du substrat. En outre, un dissipateur thermique peut être constitué de plaques métalliques simples dont le composant principal est du cuivre ou de l'aluminium. Le dissipateur thermique peut constituer l'intégralité de l'enceinte des modules à semi-conducteur ou une partie de l'enceinte. De plus, il est possible d'utiliser des dissipateurs thermiques refroidis par des liquides dans lesquels un réfrigérant (par exemple de l'eau réfrigérante) est retenu ou circule afin
d'améliorer le refroidissement.
De plus, le terme tel que "installé sur une carte" est
utilisé dans la description présente. Il convient de noter
cependant que le terme ne limite pas directement la relation de position entre le corps à température élevée et le récepteur, et similaire. Par exemple, peu importe si le corps à température élevé et le récepteur sont disposés verticalement, horizontalement, etc. En outre, des objets intercalés peuvent être présents entre le corps à
température élevée et le récepteur.
Les modules à semi-conducteur décrits ci-dessus constituent certains exemples qui peuvent en outre réaliser la présente invention. Plus particulièrement, les modules à semiconducteur sont représentés sous forme d'exemples dans lesquels soit le répartiteur de chaleur soit le substrat sont utilisés comme tampon thermique. Cependant, il est possible de constituer des modules à semi-conducteur, et similaires, en appliquant de manière appropriée le présent tampon thermique à une pluralité de composants, tel que le répartiteur de chaleur du côté du dispositif, du substrat et
le répartiteur de chaleur du côté du substrat.
Ci-après, le fonctionnement et les avantages de la présente invention seront décrits plus particulièrement en prenant comme exemple un dispositif à semi-conducteur dans lequel le présent tampon thermique est utilisé comme répartiteur de chaleur. Dans le présent module à semiconducteur, qui n'est pas limité au répartiteur de chaleur dans lequel l'expanseur de faible capacité est encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée, les zones de liaison respectives entre le répartiteur de chaleur et le module à semi-conducteur ainsi qu'entre le répartiteur de chaleur et le substrat sont agencées de manière appropriée. En conséquence, tout en garantissant la propriété de diffusion thermique et la propriété de rayonnement, il est également possible de garantir la capacité d'installation sur une carte du dispositif à semi-conducteur par rapport au substrat. Plus particulièrement, tel que décrit ci-dessus, la zone de liaison du côté du substrat (ou seconde zone de liaison) est beaucoup plus grande que la zone de liaison du côté du dispositif (ou première zone de liaison). La raison pour laquelle cet agencement stabilise encore la capacité d'installation du dispositif à semiconducteur par rapport
au substrat n'a pas besoin d'être plus clairement définie.
Cependant, on pense ce qui suit. Dans ce cas, pour simplifier l'explication, le cas dans lequel l'expanseur de faible capacité est encastré au milieu du conducteur thermique à capacité élevée dans la section verticale sera
décrit à titre d'exemple.
Le coefficient d'expansion linéaire des dispositifs à semiconducteur est généralement faible, et l'amplitude d'expansion thermique est également faible. Par ailleurs, des substrats sur lesquels des semi-conducteurs sont installés comprennent des métaux, tel que du cuivre, adjacents à la surface, au moins, et le coefficient d'expansion linéaire est élevé, et en conséquence,
l'amplitude de l'expansion thermique est également élevée.
En se basant sur ces faits, l'idéal est que les répartiteurs de chaleur révèlent une amplitude d'expansion thermique proche de celle des dispositifs à semi-conducteur sur la surface de liaison du côté du dispositif, et révèlent une amplitude d'expansion thermique proche de celle des substrats sur la surface de liaison du côté du substrat, parce que les répartiteurs de chaleur intercalés entre eux absorbent et éliminent la différence d'expansion thermique linéaire entre eux. En particulier, il est nécessaire que l'amplitude d'expansion thermique soit inférieure par rapport à la surface de liaison du côté du dispositif des répartiteurs de chaleur, et que l'amplitude d'expansion thermique soit beaucoup plus grande par rapport à la surface
de liaison du côté du substrat des répartiteurs de chaleur.
Considérons ensuite le cas dans lequel les dispositifs à semi-conducteur sont chauffés à des températures élevées en utilisant des modules à semiconducteur et o la température des répartiteurs de chaleur passe d'une période de transition à une période stable. En d'autres termes, considérons le cas dans lequel des répartiteurs de chaleur révèlent une température sensiblement uniforme dans l'ensemble. Dans cet exemple, lorsqu'on examine des répartiteurs de chaleur séparément, il semble que l'amplitude globale d'expansion thermique soit sensiblement égale sur la surface de liaison du côté du dispositif comme sur la surface de liaison du côté du substrat, dans la mesure o l'expanseur de faible capacité est encastré au milieu du conducteur thermique à capacité élevée. Cependant, lorsque la répartition des amplitudes d'expansion thermiques locales est examinée, l'amplitude d'expansion thermique des répartiteurs de chaleur doit être réduite à proximité de l'expanseur de faible capacité du fait des contraintes dues à l'expanseur de faible capacité. Par conséquent, comme les présents modules à semi-conducteur, lorsque les dispositifs à semi-conducteur sont liés à la zone locale des répartiteurs de chaleur lorsque l'amplitude d'expansion thermique est réduite du fait des limites imposées par l'expanseur de faible capacité, il est possible de réduire la différence d'expansion thermique entre les répartiteurs de chaleur et les dispositifs à semi-conducteur. Au contraire, examinons les répartiteurs de chaleur en globalité, lorsque les substrats sont liés à la large zone des répartiteurs de chaleur, lorsque les répartiteurs de chaleur révèlent une amplitude d'expansion thermique importante, il est possible de réduire la différence d'expansion thermique au niveau de la surface de liaison entre les répartiteurs de chaleur et les substrats, également. Le module àsemi-conducteur qui utilise le présent tampon thermique comme répartiteur de chaleur a été décrit jusqu'ici. Cependant, il est possible qu'un module à semiconducteur qui utilise le présent tampon thermique comme substrat fonctionne et présente les mêmes avantages. De plus, sans se limiter aux modules à semi-conducteur, les situations sont applicables de la même manière à des structures à trois couches qui comprennent un corps à température élevée, un récepteur et un tampon thermique intercalé entre le corps à température élevée et le récepteur. De plus, le cas o l'expanseur de faible capacité est encastré au milieu du conducteur thermique à capacité élevée est décrit à titre d'exemple pour décrire la présente invention. Cependant, il est naturel que la présente invention ne soit pas limitée au présent agencement. Par exemple, plus l'expanseur de faible capacité est disposé près du corps à température élevée (par exemple, les dispositifs à semi-conducteur), plus les différences d'expansion thermique entre le corps à température élevée et le tampon thermique (par exemple les répartiteurs de chaleur ou substrats) et entre le tampon thermique et le récepteur (par exemple les substrats ou les dissipateurs thermiques) diminuent. Dans la mesure o l'expanseur de faible capacité est disposé en une position qui fait face au corps à température élevée, il peut avoir la même taille (ou la même largeur) que la surface de liaison du corps à température élevée, ou bien il peut avoir une taille différente. De plus, le seul et unique expanseur de faible capacité peut être encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée, ou peut être divisé en morceaux et être encastré dans celui-ci. De plus, il est possible de contrôler l'amplitude d'expansion thermique du tampon thermique non seulement en ajustant la disposition de l'expanseur de faible capacité dans le tampon thermique, mais également en ajustant la proportion d'occupation volumétrique de l'expanseur de faible capacité dans celuici. Par exemple, lorsque la proportion d'occupation volumétrique de l'expanseur de faible capacité grandit, il est possible de réduire l'amplitude d'expansion thermique de l'intégralité du tampon thermique. Lorsque la disposition ou la proportion d'occupation volumétrique de l'expanseur de faible capacité dans le tampon thermique est ainsi ajustée, il est possible d'éliminer, de manière plus efficace, la différence d'expansion thermique, au niveau de la surface de
liaison entre le corps à température élevée et le récepteur.
En fait, il va sans dire, qu'il est important que le tampon thermique soit correct en termes de conductivité thermique, parce que le tampon thermique diffuse ou rayonne la chaleur provenant du corps à température élevée vers le récepteur, de manière efficace. Le conducteur thermique à capacité élevée dans lequel l'expanseur de faible capacité est encastré est en charge de cette fonction. Par conséquent, il convient que le tampon thermique comprenne le conducteur thermique à capacité élevée, et l'expanseur de faible capacité qui est encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée, et dont la surface périphérique externe est entourée par le conducteur thermique à capacité élevée. Ceci du fait que, bien que l'expanseur de faible capacité soit généralement faible en termes de conductivité thermique, le conducteur thermique à capacité élevée fournit un trajet thermique important lorsque le conducteur thermique à capacité élevée entoure l'expanseur de faible capacité. Ce n'est pas qu'il ne soit pas nécessaire que le conducteur thermique à capacité élevée entoure la surface externe
globale de l'expanseur de faible capacité, intégralement.
Par exemple, ceci est acceptable même si les surfaces d'extrémité de l'expanseur de faible capacité ne sont pas
entourées du conducteur thermique à capacité élevée.
A ce sujet, l'expanseur de faible capacité selon la présente invention peut être satisfaisant dans la mesure o il révèle un coefficient d'expansion linéaire inférieur à celui du conducteur thermique à capacité élevée. En fait, pour agrandir encore le degré de liberté de la conception du tampon thermique, il convient que l'expanseur de faible capacité puisse comprendre un matériau dont le coefficient d'expansion linéaire est inférieur à celui du corps à température élevée. Ceci est d au fait que, avec le présent agencement, il est possible d'éliminer la différence d'expansion thermique entre le corps à température élevée et le récepteur de manière plus efficace lorsque la disposition, la configuration, et la proportion d'occupation volumétrique de l'expanseur de faible capacité sont ajustées correctement. En ce qui concerne un tel matériau pour l'expanseur de faible capacité, un alliage d'invar est approprié, par exemple. Ceci est d au fait que l'alliage d'invar est moins cher et est bon en termes de capacité de formage. Il convient de noter que, en tant qu'alliage d'invar, il existe de nombreux alliages d'invar tels que des alliages d'invar ferromagnétiques, des alliages d'invar amorphes à base de fer, et des alliages d'invar antiferromagnétiques à base de fer et de nickel, dans lesquels le chrome remplace en partie le nickel. Si l'on considère la plage des températures de service, la capacité de traitement, le cot, le fait de prendre la propriété magnétique ou non magnétique en considération, il est possible de sélectionner des alliages d'invar qui conviennent pour une utilisation en tant que modules à semi10 conducteur. En conséquence, dans la présente invention, le type et la composition des alliages d'invar ne sont pas limités particulièrement. Lorsque l'on nomme certains des exemples, il est possible d'utiliser les alliages d'invar ferromagnétiques bien connus tel que Fe-36 % Ni (l'unité
étant le pourcentage massique, le même que ci-dessus) et Fe31 % - 5 % Co, un super alliage d'invar).
Le conducteur thermique à capacité élevée dans lequel l'expanseur de faible capacité est encastré peut être satisfaisant, dans la mesure o il est meilleur que l'expanseur de faible capacité en termes de conductivité thermique. En fait, pour garantir une bonne propriété de diffusion thermique comme tampon thermique (comme répartiteurs de chaleur ou substrats, en particulier), de plus, au vu de leur plus faible cot, et de leur meilleure capacité de formation, le conducteur thermique à capacité élevée peut comprendre, de préférence, un métal pur, ou un alliage, dont le composant principal est le cuivre ou l'aluminium. Il convient de noter que meilleur est le récepteur en termes
de conductivité thermique, plus il sera satisfaisant.
Cependant, peu importe quelle sorte de matériau constitue le récepteur. De plus, le récepteur peut comprendre des matériaux dont l'amplitude d'expansion thermique est importante. Ceci est d au fait qu'il est possible d'agrandir l'amplitude d'expansion thermique sur la surface de liaison du côté du récepteur du tampon thermique selon la présente invention. Par conséquent, le récepteur peut être satisfaisant lorsqu'il comprend un corps métallique ayant une base composée d'un matériau métallique. Par exemple, selon la présente invention, il est possible d'utiliser non seulement des substrats en céramique doublée de cuivre dont l'amplitude d'expansion thermique est inférieure, mais également des substrats métalliques dont l'amplitude d'expansion thermique est élevée, pour les substrats sur lesquels sont installés des semi-conducteurs. Il convient de noter que les substrats métalliques sont avantageux pour réduire le cot des modules à semi-conducteur parce que les substrats métalliques sont moins chers que les substrats en céramique.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Une meilleure compréhension de la présente invention et de ses nombreux avantages sera facile en faisant référence à la
description détaillée suivante, prise conjointement avec les
dessins joints et les descriptions détaillées, qui forment
tous partie intégrante de la description
la figure 1 est une vue en coupe verticale principale illustrant un module de puissance selon l'exemple NO 1 de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe verticale principale illustrant un module de puissance selon l'exemple NO 2 de la présente invention; la figure 3 est une vue en coupe verticale principale illustrant un module de puissance selon l'exemple NO 3 de la présente invention; la figure 4 est une vue en coupe verticale principale illustrant un module de puissance selon l'exemple N0 4 de la présente invention; la figure 5 est une vue en coupe verticale principale illustrant un module de puissance selon l'exemple NO 5 de la présente invention; la figure 6 est une vue en coupe verticale principale illustrant un module de puissance selon l'exemple NO 6 de la présente invention; la figure 7 est une vue en coupe horizontale principale illustrant un répartiteur de chaleur selon l'exemple NO 1 de la présente invention la figure 8 est une vue en coupe horizontale principale illustrant un module de puissance selon l'exemple NO 7 de la présente invention; et la figure 9 est une vue en coupe schématique illustrant la relation de zones entre une première zone de liaison et une
seconde zone de liaison.
DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES
Puisque la présente invention a été décrite de manière générale, on obtiendra une meilleure compréhension en faisant référence aux modes de réalisations préférés particuliers qui sont intégrés dans les présentes aux fins uniquement d'illustration et qui n'ont pas pour but de
limiter l'étendue des revendications jointes.
Exemple
Ci-après, la présente invention sera décrite plus particulièrement en faisant référence aux exemples spécifiques selon les modules à semiconducteur, exemple du
présent système de radiateur.
(Exemple NO 1)
La figure 1 illustre une coupe verticale principale d'un
module de puissance 100 (c'est-à-dire un module à semi-
conducteur) selon l'exemple NI 1 de la présente invention.
Le module de puissance 100 peut être utilisé, par exemple, dans les convertisseurs permettant de commander le
fonctionnement des moteurs à induction triphasés.
Le module de puissance 100 comprend des dispositifs à semiconducteur 10, un substrat métallique 20, et des répartiteurs de chaleur 30. Les dispositifs à semiconducteur 10 peuvent être une variété de dispositifs à semi-conducteur tels que des MOSFET de puissance (c'est-à10 dire des transistors à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique). Les dispositifs à semi-conducteur 10 sont installés sur le substrat métallique 20 qui est constitué de cuivre. Les répartiteurs de chaleur 30 sont intercalés entre les dispositifs à semi-conducteur 10 et le substrat métallique 20. La figure 1 illustre la proximité de l'un des
dispositifs à semi-conducteur 10, uniquement.
La liaison (c'est-à-dire la liaison du côté du dispositif) entre les dispositifs à semi-conducteur 10 et les
répartiteurs de chaleur 30 est réalisée par la brasure 41.
La liaison (c'est-à-dire la liaison du côté du substrat) entre le substrat métallique 20 et les répartiteurs de chaleur 30 est réalisée par la brasure 42. Il convient de noter qu'il est possible d'effectuer la liaison grâce à la brasure 41 et à la brasure 42, simultanément, comme cela est fait par soudure. Dans le présent exemple NO 1, cependant, la liaison du côté du substrat est réalisée tout d'abord par la brasure 42, qui a un point de fusion élevé. Ensuite, la liaison du côté du dispositif est effectuée par la brasure
41, qui a un point de fusion bas.
Les répartiteurs de chaleur 30 comprennent un matériau de revêtement. Le matériau de revêtement comprend un conducteur thermique à capacité élevée 31, et un expanseur de faible capacité 32 entouré du conducteur thermique à capacité
élevée 31. Le conducteur thermique 31 est composé de cuivre.
L'expanseur de faible capacité 32 est disposé au milieu des répartiteurs de chaleur 30, et est composé d'un alliage d'invar Fe-36 % Ni. Par conséquent, tel qu'illustré sur la figure 1, les répartiteurs de chaleur 30 sont formés en tant que construction à trois couches dans le sens vertical, également. Par exemple, dans l'exemple NO 1, l'épaisseur globale des répartiteurs de chaleur 30 était environ 1 mm. Dans les répartiteurs de chaleur 30, l'épaisseur de l'alliage d'invar a été contrôlée à 1/3 de l'épaisseur globale des répartiteurs de chaleur 30, et était, par conséquent, d'environ 0,3 mm. De plus, la largeur totale des répartiteurs de chaleur 30 était de 12 mm, et la largeur de l'alliage d'invar était de 7 mm. Les coefficients d'expansion linéaire des répartiteurs de chaleur 30 ont été constatés comme suit. Sur des portions immédiatement supérieures à l'alliage d'invar ainsi que sur des portions immédiatement inférieures à l'alliage d'invar, de la même manière, le coefficient d'expansion linéaire était de 10,5 ppm/OC. Par ailleurs, les répartiteurs de chaleur 30 qui comportaient du cuivre, disposés autour de l'alliage d'invar, ont révélé, de la même manière, un coefficient d'expansion linéaire global de 13,3 ppm/OC. Pour référence, le coefficient d'expansion linéaire des dispositifs à semi25 conducteur 10 était d'environ 4 ppm/OC,, et le coefficient d'expansion linéaire du substrat métallique 20 était
d'environ 17 ppm/OC.
Dans l'exemple NO 1, les répartiteurs de chaleur 30 sont liés aux dispositifs à semi-conducteur 10 au niveau des zones (c'est-à-dire, les zones de liaison du côté du dispositif Fi) lorsque le coefficient d'expansion linéaire était réduit localement. De plus, lorsque les répartiteurs de chaleur 30 sont liés au substrat métallique 20, les zones (c'est-à-dire les zones de liaison du côté du substrat F2) sont utilisées aux endroits o le coefficient linéaire est plus grand. L'agencement correspond à la disposition des expanseurs de faible capacité 32 en des positions qui font face aux dispositifs à semi-conducteur 10 et à l'agrandissement des zones de liaison du côté du substrat pour qu'elles soient supérieures aux zones de liaison du
côté du dispositif, selon la présente invention.
Il apparaît, d'après l'exemple NO 1, qu'il est possible d'obtenir des coefficients d'expansion linéaire plus proches des coefficients d'expansion linéaire révélés par les éléments correspondants qui doivent être liés à ceux-ci, au niveau des surfaces de liaison respectives, même lorsque les répartiteurs de chaleur 30 sont formés avec une construction symétrique, verticalement aussi bien qu'horizontalement. Il en résulte que, la différence d'expansion thermique entre les dispositifs à semiconducteur 10 et le substrat métallique 20 peuvent être éliminés de manière plus efficace. Plus particulièrement, les dispositifs à semiconducteur 10 et les répartiteurs de chaleur 30 peuvent être empêchés de se décoller du substrat métallique 20. En conséquence, il est possible de garantir la stabilité de l'installation sur une carte des dispositifs à semiconducteur 10 par rapport au substrat métallique 20 à un
meilleur niveau.
Il convient de noter que la chaleur générée par les dispositifs à semiconducteur 10 est transmise au substrat métallique 20 grâce au cuivre (c'est-à-dire le conducteur thermique à capacité élevée 31) qui est bon en termes de conductivité thermique. Par conséquent, il va sans dire que les répartiteurs de chaleur 30 sont garantis produire
totalement leur effet de diffusion thermique.
(Exemple NO 2)
La figure 2 illustre un module de puissance 200 de l'exemple N0 2 selon la présente invention. Le module de puissance 200 est muni de répartiteurs de chaleur 230 dont la forme varie
de celle des répartiteurs de chaleur 30 de l'exemple NO 1.
Il convient de noter que les mêmes numéros de référence désignent les mêmes composants que ceux de l'exemple NO 1
sur les dessins.
En ce qui concerne les répartiteurs de chaleur 230, un conducteur thermique à capacité élevée 231 est utilisé, dont la section a la forme d'un trapèze, au lieu du du conducteur thermique à capacité élevée parallélépipède rectangle 31 utilisé dans l'exemple NO 1. Lorsque le dépôt de cuivre dont le coefficient d'expansion linéaire est élevé est ainsi optimisé, il est possible de rapprocher les coefficients d'expansion linéaire au niveau des surfaces de liaison du côté du dispositif Fl du coefficient d'expansion linéaire
des dispositifs à semi-conducteur 10.
(Exemple NO 3) La figure 3 illustre une coupe verticale principale d'un module de puissance 300 selon l'exemple NO 3 de la présente invention. Le module de puissance 300 comprend des dispositifs à semi-conducteur 310, des substrats métalliques 320, un boîtier 350, et des répartiteurs de chaleur 330. Les substrats 320 sont liés aux dispositifs à semiconducteur 310 par la brasure 341. Les substrats 320 sont installés sur le boîtier 350 du module de puissance 300. Les répartiteurs de chaleur 330 sont intercalés entre le substrat 320 et le boîtier 350. Aux fins d'une meilleure pratique, la figure 3 illustre la proximité de l'un des dispositifs à semiconducteur 310, uniquement. Dans l'exemple 3, le boîtier 350 est constitué d'un alliage d'aluminium qui est bon en termes de conductivité thermique, et qui fonctionne aussi bien comme dissipateur thermique. Il convient de noter que le module de puissance 300 est amélioré en matière de capacité de rayonnement lorsqu'il est muni d'ailettes de refroidissement autour de la périphérie externe ou lorsqu'un réfrigérant circule à l'intérieur afin d'améliorer le refroidissement, bien que ces agencements ne soient pas décrits sur le dessin. De plus, le boîtier 350 constitué de l'alliage d'aluminium a révélé un coefficient d'expansion
linéaire d'environ 24 ppm/OC.
Les substrats 320 sont un substrat d'isolation en céramique avec une doublure en cuivre sur les deux côtés, respectivement. Le substrat d'isolation en céramique comprend une plaque en céramique 321 disposée au niveau de la partie centrale, et des couches de câblage 322, 323 composées de cuivre et disposées sur les surfaces opposées de la plaque de céramique 321. En plus du cuivre, les couches de câblage 322, 323 peuvent être composées d'aluminium. Un tel substrat d'isolation céramique est commercialisé sous le nom de "DBA (c'est-à-dire Direct Brazed Aluminium)" et "DBC (c'est-à-dire Direct Bond Copper)". De la même manière que dans l'exemple NO 1, les répartiteurs de chaleur 330 comprennent un matériau de revêtement. Le matériau de revêtement comprend un conducteur thermique à capacité élevée 331, et un expanseur de faible capacité 332 entouré du conducteur thermique à capacité élevée 331. Le conducteur thermique à capacité élevée 331 est composé de cuivre. L'expanseur de faible capacité 332 est disposé au milieu des répartiteurs de chaleur 330, et est composé d'un
alliage d'invar constitué de Fe-36 % Ni.
La liaison (c'est-à-dire la liaison du côté du substrat) entre les répartiteurs de chaleur 330 et les substrats 320 est effectuée par la brasure 342. La liaison (c'est-à-dire la liaison du côté du boîtier) entre les répartiteurs de chaleur 330 et le boîtier 350 est effectuée par la brasure 343. Egalement dans l'exemple N0 3, les substrats 320 sont disposés en des positions qui font face aux expanseurs de faible capacité 332, et les zones de liaison du côté du boîtier (ou zones de liaison du côté du dissipateur thermique) sont beaucoup plus grandes que les zones de liaison du côté du substrat. En outre, également dans l'exemple NO 3, les répartiteurs de chaleur 330 sont liés aux substrats 320 au niveau des zones (c'est-à-dire les surfaces de liaison du côté du substrat Fl) o le coefficient d'expansion linéaire est réduit localement. En outre, les répartiteurs de chaleur 330 sont liés sur le boîtier 350 au niveau des zones (c'est-à-dire les zones de liaison du côté du boîtier F2) o le coefficient d'expansion linéaire est agrandi. Il en résulte que la différence entre les coefficients d'expansion linéaire est réduite au niveau des surfaces de liaison, de telle sorte que la stabilité d'installation des substrats 320 sur une carte, par rapport au boîtier 350, est améliorée. De plus, comme dans l'exemple NO 1, la chaleur générée par le substrat 330 est transmise au boîtier 350 grâce au cuivre (c'est-à-dire le conducteur thermique à capacité élevée 331) qui est bon en termes de conductivité thermique, et en conséquence les répartiteurs de chaleur 330 sont garantis produire totalement l'effet de
diffusion thermique.
De plus, étant donné que des matériaux composites très chers comme le CuMo et Al/SiC, ont été utilisés comme répartiteurs de chaleur, de manière classique, ils ont empêché le cot des modules de puissance de baisser. Au contraire, étant donné que le matériau composite décrit ci- dessus, et utilisé dans l'exemple N03, est moins onéreux, il rend possible la
réduction des cots des modules de puissance.
(Exemple NO 4)
La figure 4 illustre un module de puissance 400 de l'exemple N0 4 selon la présente invention. Le module de puissance 400 est muni de répartiteurs de chaleur 430 dont la forme est différente de celle des répartiteurs de chaleur 30 de l'exemple N0 1. Il convient de noter que les mêmes numéros de référence désignent les mêmes composants que ceux de
l'exemple NO 1, sur le dessin.
Dans les répartiteurs de chaleur 430, l'expanseur de faible capacité 32 est divisé de manière égale en deux parties, et les expanseurs de faible capacité divisés qui en résultent 432, 433 sont encastrés dans un conducteur thermique à
capacité élevée 431.
Dans cet exemple NO 4, le conducteur thermique à capacité élevée 431 est également étendu dans le sens vertical, tout de suite en dessous des semiconducteurs 10. Les trajets qui diffusent la chaleur générée par les dispositifs à semiconducteur 10 au substrat métallique augmentent en fonction de l'extension. Par conséquent, il est possible de diffuser et de rayonner, de manière plus efficace, la chaleur générée
par les semi-conducteurs 10 sur le substrat métallique 20.
(Exemple NO 5)
La figure 5 illustre un module de puissance 500 de l'exemple NO 5 selon la présente invention. Le module de puissance 500 est muni de répartiteurs de chaleur 530 dont la forme est différente de celle des répartiteurs de chaleur 30 de l'exemple NO 1. Il convient de noter que les mêmes numéros de référence désignent les mêmes composants que ceux de
l'exemple NO 1, sur le dessin.
Dans les répartiteurs de chaleur 530, la position d'encastrement de l'expanseur de faible capacité 32 est décalée du milieu interne d'un conducteur thermique à capacité élevée 531 vers la surface de liaison du côté du dispositif Fl. Lorsque la disposition des alliages d'invar dont le coefficient d'expansion linéaire est faible est ainsi optimisée, il est possible de rapprocher le coefficient d'expansion linéaire au niveau de la surface de liaison du côté du dispositif Fi du coefficient d'expansion
linéaire des dispositifs à semi-conducteur 10.
(Exemple NO 6)
La figure 6 illustre un module de puissance 600 de l'exemple NO 6 selon la présente invention. Le module de puissance 600 est muni de répartiteurs de chaleur 630 dont la forme varie par rapport à celle des répartiteurs de chaleur 30 de l'exemple NO 1. Il convient de noter que les mêmes numéros de référence désignent les mêmes composants que ceux de
l'exemple NO 1, sur le dessin.
Dans les répartiteurs de chaleur 630, la position d'encastrement de l'expanseur de faible capacité 32 est décalée du milieu intérieur d'un conducteur thermique à capacité élevée 631 vers la surface de liaison du côté du substrat F2. Dans le présent exemple, étant donné que la proportion volumétrique du conducteur thermique à capacité élevée 631 qui est présent immédiatement en dessous des dispositifs à semi-conducteur 10 augmente, les répartiteurs de chaleur 630 sont encore améliorés en termes de capacité de diffusion de chaleur. Plus particulièrement, les répartiteurs de chaleur 630 sont améliorés en termes de conductivité thermique, de telle sorte que la température
est susceptible de descendre.
(Autres) La figure 7 illustre un autre exemple, et est une coupe horizontale des répartiteurs de chaleur 30 du module de
puissance 100 de l'exemple NO 1 selon la présente invention.
Dans ce cas, selon les coefficients d'expansion linéaire souhaités au niveau de la surface de liaison du côté du dispositif Fl, il est possible de déterminer si la largeur W occupée par un expanseur de faible capacité 32 dans les répartiteurs de chaleur 30 est importante ou étroite par rapport à la largeur des dispositifs à semi-conducteur 10 qui doivent être liés aux répartiteurs de chaleur 30. Par exemple, il est possible de contrôler la largeur W d'un expanseur de faible capacité 32 dans une plage comprise entre -60 % et +60 % par rapport à la largeur des dispositifs à semi-conducteur 10. En fait, lorsque l'expanseur de faible capacité 32 est exposé sur la surface de liaison du côté dispositif Fl tel que décrit dans l'exemple NO 5, on doit réduire la largeur W de l'expanseur de faible capacité 32 pour qu'elle soit inférieure à la
largeur des dispositifs à semi-conducteur 10.
Jusqu'ici, comme pour les répartiteurs de chaleur 30
illustrés sur la figure 7, les descriptions ont été données
pour l'expanseur de faible capacité 32 dont les extrémités opposées en section verticale ne sont pas nécessairement entourées du conducteur thermique à capacité élevée 31, en totalité. Cependant, comme dans les exemples de répartiteurs de chaleur 830 de l'exemple NO 7, selon la présente invention, illustrés sur la figure 8, il va sans dire que l'intégralité de la périphérie d'un expanseur de faible capacité 832 peut être entourée d'un conducteur thermique à capacité élevée 831, en totalité. Il est préférable d'employer une telle forme, parce que le trajet suivant lequel la chaleur se diffuse entre les dispositifs à semiconducteur 10 et le substrat métallique 20 peut être agrandi. Il en résulte que, même dans l'exemple NO 5 décrit ci-dessus, il n'est pas nécessaire de réduire la largeur de l'expanseur de faible capacité 832 pour qu'elle soit inférieure à la largeur des dispositifs à semiconducteur 10.
Après une description totale de la présente invention, il
sera évident pour les spécialistes de la technique que de nombreux changements et de nombreuses modifications peuvent y être apportés sans qu'on s'éloigne de l'esprit ou de l'étendue de la présente invention telle qu'elle est décrite
dans les revendications ci-jointes.
Claims (14)
1. Système de radiateur (100, 200, 300, 400, 500, 600), comprenant: un corps à température (10, 310) élevée qui constitue une source thermique; un récepteur (20, 320) muni d'un corps à température élevée (10, 310) installé sur celui-ci, le récepteur (20, 320) recevant de la chaleur provenant du corps à température élevée (10, 310); et un tampon thermique(30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) intercalé au moins entre le corps à température élevée (10, 310) et le récepteur (20, 320) pour faire écran entre la transmission thermique du corps à température élevée (10, 310) et le récepteur (20, 320); -15 grâce à quoi la chaleur provenant du corps à température élevée (10, 310) est rayonnée par le récepteur (20, 320) ou est rayonnée grâce au récepteur (20, 320); dans lequel le tampon thermique (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) comprend un conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831), et un expanseur de faible capacité (32, 332, 432, 433, 832) disposé en une position faisant face au corps à température élevée (10, 310) et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831); et le tampon thermique (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) présente une première zone de liaison (Fl) par rapport au corps à température élevée (10, 310), et une seconde zone de liaison (F2) par rapport au récepteur (20, 320), la seconde zone de liaison (F2) étant beaucoup plus grande que la
première zone de liaison (Fl).
2. Système de radiateur (100, 200, 300, 400, 500, 600) tel que défini dans la revendication 1, dans lequel ledit tampon thermique (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) comprend lexpanseur de faible capacité (32, 332, 432, 433, 832) encastré dans ledit conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831) et présentant une surface externe entourée du conducteur thermique à capacité élevée
(31, 231, 331, 431, 531, 631, 831).
3. Système de radiateur (100, 200, 300, 400, 500, 600) tel que défini dans la revendication 1, dans lequel l'expanseur de faible capacité (32, 332, 432, 433, 832) comprend un matériau dont le coefficient d'expansion linéaire est inférieur à celui dudit corps à température élevée (10, 310).
4. Système de radiateur (100, 200, 300, 400, 500, 600) tel que défini dans la revendication 1, dans lequel l'expanseur de faible capacité (32, 332, 432, 433, 832) comprend un
alliage d'invar.
5. Système de radiateur (100, 200, 300, 400, 500, 600) tel que défini dans la revendication 1, dans lequel le conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831) comprend un métal pur ou un alliage dont le
composant principal est le cuivre (Cu) ou l'aluminium (Al).
6. Système de radiateur (100, 200, 300, 400, 500, 600) tel que défini dans la revendication 1, dans lequel ledit récepteur (20, 320) comprend un corps métallique ayant un
matériau de base métallique.
7. Procédé de rayonnement permettant de rayonner de la chaleur à partir d'un corps à température élevée (10, 310) qui constitue une source thermique grâce à un récepteur (20, 320), le corps à température élevée (10, 310) étant installé sur celui-ci, le récepteur (20, 320) recevant la chaleur du corps à température élevée (10, 310), ou rayonnant de la chaleur grâce au récepteur (20, 320), le procédé de rayonnement comprenant l'étape consistant à: préparer un tampon thermique (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) intercalé au moins entre le corps à température élevée (10, 310) et le récepteur (20, 320) afin de faire écran à la transmission thermique entre le corps à température élevée (10, 310) et le récepteur (20, 320), dans lequel le tampon thermique (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) comprend un conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831), et un expanseur de faible capacité (32, 332, 432, 433, 832) disposé en une position qui fait face au corps à température élevée (10, 310) et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831); et le tampon thermique (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) présente une première zone de liaison (F1)par rapport au corps à température élevée (10, 310), et une seconde zone de liaison (F2) par rapport au récepteur (20, 320), la seconde zone de liaison (F2) étant beaucoup plus grande que la
première zone de liaison (Fl).
8. Tampon thermique (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) intercalé au moins entre un corps à température élevée (10, 310) qui constitue une source thermique et un récepteur (20, 320), le corps à température élevée (10, 310) étant installé sur celui-ci, le récepteur (20, 320) recevant la chaleur du corps à température élevée (10, 310), afin de faire écran à la transmission de chaleur entre le corps à température élevée (10, 310) et le récepteur (20, 320), dans lequel le tampon thermique (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) comprend un conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831), et un expanseur de faible capacité (32, 332, 432, 433, 832) disposé en une position faisant face au corps à température élevée (10, 310) et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831); et le tampon thermique (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) présente une première zone de liaison (Fl) positionnée par rapport au corps à température élevée (10, 310), et une seconde zone de liaison (F2) positionnée par rapport au récepteur (20, 320), la seconde zone de liaison (F2) étant
beaucoup plus grande que la première zone de liaison (Fl).
9. Module à semi-conducteur (100, 200, 300, 400, 500, 600), comprenant: un dispositif à semi-conducteur (10, 310) qui constitue une source thermique; un substrat (20, 320) sur lequel le dispositif à semiconducteur est installé; et un répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) intercalé entre le dispositif à semi-conducteur (10, 310) et le substrat (20, 320) pour diffuser la chaleur provenant du dispositif à semi-conducteur (10, 310) et le substrat (20, 320) dans lequel le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) comprend un conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831) et un expanseur de faible capacité (32, 332, 432, 433, 832) disposé en une position faisant face au dispositif à semi-conducteur (10, 310) et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831); et le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) présente une première zone de liaison (Fl) entre le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) et le dispositif à semi-conducteur (10, 310) et par rapport au dispositif à semi-conducteur (10, 310), et une seconde zone de liaison (F2) entre le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) et le substrat (20, 320) et par rapport au substrat (20, 320), la seconde zone de liaison (F2) étant beaucoup plus grande que la première zone de
liaison (Fl).
10. Répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) intercalé entre un dispositif à semi-conducteur (10, 310) qui constitue une source thermique et un substrat (20, 320), le dispositif à semi-conducteur (10, 310) étant installé sur celui-ci afin de diffuser la chaleur entre le dispositif à semi-conducteur (10, 310) et le substrat (20, 320), dans lequel le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) comprend un conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831) et un expanseur de faible capacité (32, 332, 432, 433, 832) disposé en une position faisant face au dispositif à semi-conducteur (10, 310) et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831); et le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) présente une première zone de liaison (Fl) entre le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) et le dispositif à semi-conducteur (10, 310) et par rapport au dispositif à semi-conducteur (10, 310), et une seconde zone de liaison (F2) entre le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) et le substrat (20, 320) et par rapport au substrat (20, 320), la seconde zone de liaison (F2) étant beaucoup plus grande que la première zone
de liaison (Fl).
11. Module à semi-conducteur (100, 200, 300, 400, 500, 600), comprenant: un dispositif à semi-conducteur (10, 310) qui constitue une source thermique; un dissipateur thermique (350) recevant la chaleur provenant du semi-conducteur (10, 310); et un substrat (20, 320) présentant des surfaces opposées, lié au dispositif à semi-conducteur (10, 310) sur l'une des surfaces opposées, et lié au dissipateur thermique (350) sur l'autre de surfaces opposées afin de transmettre la chaleur entre le dispositif à semi-conducteur (10, 310) et le dissipateur thermique (350); dans lequel le substrat (20, 320) comprend un conducteur thermique à capacité élevée(31, 231, 331, 431, 531, 631, 831), et un expanseur de faible capacité (32, 332, 432, 433, 832) disposé en une position qui fait face au dispositif à semi-conducteur (10, 310) et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831); et le substrat (20, 320) présente une première zone de liaison (Fl) entre le substrat (20, 320) et le dispositif à semiconducteur (10, 310) et par rapport au dispositif à semiconducteur (10, 310), et une seconde zone de liaison (F2) entre le substrat (20, 320) et le dissipateur thermique (350) et par rapport au dissipateur thermique (350), la seconde zone de liaison (F2) étant beaucoup plus grande que
la première zone de liaison (Fl).
12. Substrat (20, 320) ayant des surfaces opposées, lié à un dispositif à semi-conducteur (10, 310) qui constitue une source thermique sur l'une des surfaces opposées, et lié à un dissipateur thermique (350) recevant la chaleur du dispositif à semi-conducteur (10, 310) sur l'autre des surfaces opposées afin de transmettre la chaleur entre le dispositif à semi-conducteur (10, 310) et le dissipateur thermique (350), dans lequel le substrat (20, 320) comprend un conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831), et un expanseur de faible capacité (32, 332, 432, 433, 832) disposé en une position qui fait face au dispositif à semi-conducteur (10, 310) et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831); et le substrat (20, 320) présente une première zone de liaison (Fl) entre le substrat (20, 320) et le dispositif à semiconducteur (10, 310) et par rapport au dispositif à semiconducteur (10, 310), et une seconde zone de liaison (F2) entre le substrat (20, 320) et le dissipateur thermique (350) et par rapport au dissipateur thermique (350), la seconde zone de liaison (F2) étant beaucoup plus grande que
la première zone de liaison (Fl).
13. Module à semi-conducteur (100, 200, 300, 400, 500, 600), comprenant: un substrat (20, 320) qui constitue une source thermique; un dissipateur thermique (350) recevant la chaleur du substrat; et un répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) présentant des surfaces opposées, lié au substrat (20, 320) sur l'une des surfaces opposées, et lié au dissipateur thermique (350) sur l'autre des surfaces opposées pour transmettre la chaleur entre le substrat (20, 320) et le dissipateur thermique (350); dans lequel le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) comprend un conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831) et un expanseur de faible capacité (32, 332, 432, 433, 832) disposé en une position qui fait face au substrat (20, 320) et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831); et le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) présente une première zone de liaison (Fl) entre le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) et le substrat (20, 320) et par rapport au substrat (20, 320), et une seconde zone de liaison (F2) entre le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) et le dissipateur thermique (350) et par rapport au dissipateur thermique (350), la seconde zone de liaison (F2) étant beaucoup plus grande que la première zone de liaison
(Fl).
14. Répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) présentant des surfaces opposées lié à un substrat (20, 320) qui constitue une source thermique sur l'une des surfaces opposées, et lié à un dissipateur thermique (350) recevant la chaleur du substrat (20, 320) sur l'autre des surfaces opposées pour transmettre la chaleur entre le substrat (20, 320) et le dissipateur thermique (350); dans lequel le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) comprend un conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831), et un expanseur de faible capacité (32, 332, 432, 433, 832) disposé en une position qui fait face au dispositif à semi-conducteur (10, 310) et encastré dans le conducteur thermique à capacité élevée (31, 231, 331, 431, 531, 631, 831); et le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) présente une première zone de liaison (Fl) entre le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) et le substrat (20, 320) et par rapport au substrat (20, 320), et une seconde zone de liaison (F2) entre le répartiteur de chaleur (30, 230, 330, 430, 530, 630, 830) et le dissipateur thermique (350) et par rapport au dissipateur thermique (350), la seconde zone de liaison (F2) étant beaucoup plus
grande que la première zone de liaison (Fl).
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