FR3019439A1 - Dispositif electronique comportant une interface thermique amelioree - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif électronique (1) comportant un boitier (2) pour composant électronique, le boitier (2) étant relié thermiquement à un dissipateur thermique (3), le boitier (2) comportant une surface principale (5) en contact thermique avec une surface principale (7) du dissipateur thermique (3), dans lequel les surfaces principales (5, 7) du boitier (2) et du dissipateur thermique (3) sont pourvues d'ailettes (8, 9), les ailettes (8) du boitier (2) étant emboitées dans les ailettes (9) du dissipateur thermique (3)
Description
DISPOSITIF ELECTRONIQUE COMPORTANT UNE INTERFACE THERMIQUE AMELIOREE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif électronique comportant une interface thermique améliorée.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR Pour leur bon fonctionnement, les composants électroniques doivent pouvoir évacuer la chaleur qu'ils produisent. Pour ce faire, les composants électroniques, et plus précisément les boitiers dans lequel ils sont contenus, sont généralement reliés thermiquement à des dissipateurs thermiques permettant d'évacuer la chaleur des composants électroniques vers une source froide. Afin d'améliorer l'évacuation de la chaleur des composants électroniques vers le dissipateur thermique, une interface thermique est généralement disposée entre le boitier des composants électroniques et le dissipateur thermique pour assurer un bon contact thermique entre les deux entités. Dans l'art antérieur, cette interface thermique est généralement constituée d'une couche d'un matériau conducteur thermiquement, qui peut être par exemple une colle, une graisse thermique, une feuille souple ou rigide de polymère, une feuille graphite ou encore un matériau à changement de phase. Le montage du composant électronique sur le dissipateur thermique est généralement étudié de façon à ce que l'interface thermique soit compressée entre le boitier des composants électroniques et le dissipateur thermique afin de garantir le meilleur contact thermique possible entre le composant électronique et le dissipateur thermique. Toutefois, la présence de cette interface thermique de type graisse, colle ou polymère complique le remplacement du boitiers des composants électroniques car lors de la maintenance du produit, il est nécessaire de nettoyer le dissipateur thermique de façon à enlever les résidus de graisse, de colle ou de polymère, puis de mettre en place une nouvelle interface thermique. En outre, l'amélioration de la compacité des composants électroniques impose une amélioration des performances de l'interface liée à l'accroissement de la dissipation de flux thermique la traversant ce qui exige des matériaux d'interface thermique de meilleure performance. Or on atteint actuellement les limites des performances thermiques des matériaux utilisés comme interface thermique. En outre, les performances de l'interface thermique peuvent dépendre actuellement de la pression qui est exercée sur le composant électronique de façon à le plaquer contre le dissipateur thermique. Or cette pression est généralement exercée perpendiculairement à l'interface thermique de sorte qu'elle n'est pas homogène sur toute la surface de l'interface thermique et donc que le flux thermique qui est évacué par l'interface thermique n'est pas homogène sur toute la surface de l'interface thermique. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un nouvel interfaçage thermique entre un boitier contenant des composants électroniques produisant de la chaleur et un dissipateur thermique, pour un auto-échauffement donné cet interfaçage thermique permettant d'évacuer une plus grande quantité de chaleur et ce de manière homogène sur toute la surface du composant électronique. Un autre objet de l'invention est de proposer une interface thermique qui améliore les procédés de remplacement des composants électroniques.
Pour ce faire, un premier aspect de l'invention concerne un dispositif électronique comportant un boitier pour composant électronique, le boitier étant relié thermiquement à un dissipateur thermique, le boitier comportant une surface principale en contact thermique avec une surface principale du dissipateur thermique, les surfaces principales du boitier et du dissipateur thermique étant pourvues d'ailettes, les ailettes du boitier étant emboitées entre les ailettes du dissipateur thermique. Ainsi, l'invention propose de réaliser l'interfaçage thermique entre le boitier du composant électronique et le dissipateur thermique avec des ailettes solidaires du boitier des composants électroniques d'une part et des ailettes solidaires du dissipateur thermique d'autre part, les ailettes solidaires du boitier des composants électroniques étant imbriquées dans celles solidaires du dissipateur thermique. Ainsi, la surface principale thermique entre le boitier et le dissipateur thermique est augmentée puisqu'elle correspond non plus uniquement aux surfaces principales du composant électronique et du dissipateur, mais elle correspond à la surface des ailettes qui sont en contact. En outre, les dimensions des ailettes peuvent être choisies de façon à augmenter la surface de l'interface thermique et donc l'évacuation de la chaleur. Par ailleurs, les ailettes étant solidaires du boitier d'une part et du dissipateur thermique d'autre part, il suffit de désengager les ailettes les unes des autres pour changer le composant électronique. Il n'est donc plus nécessaire d'avoir des étapes de nettoyage ou de grattage de l'interface thermique lors du changement du composant électronique.
Le dispositif électronique selon le premier aspect de l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-après prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - Chaque ailette du boitier, à l'exception éventuellement des ailettes d'extrémité, est de préférence intercalée entre deux ailettes du dissipateur thermique et inversement ; - les surfaces principales du boitier et du dissipateur thermique sont de préférence parallèles entre elles ; - les ailettes du boitier sont de préférence perpendiculaires à la surface principale du boitier ; - les ailettes du dissipateur thermique sont de préférence perpendiculaires à la surface principale du dissipateur thermique ; - les ailettes sont de préférence maintenues serrées les unes contre les autres par des moyens de serrage aptes à plaquer les ailettes les unes contre les autres dans au moins une direction. Ainsi, les ailettes du boitier sont maintenues plaquées contre celles du dissipateur thermique, et inversement, quelle que soit leur position; - la force exercée par les moyens de serrage est de préférence parallèle aux surfaces principales, ce qui permet d'assurer un meilleur contact thermique entre le boitier et le dissipateur thermique, tout en exerçant une force moindre pour assurer ce contact thermique ; - les moyens de serrage comportent de préférence deux brides de serrage disposés de part et d'autre des ailettes, les brides de serrage étant reliées entre elles par au moins une vis de serrage ; - chaque ailette comporte de préférence au moins une entaille à sa base, ce qui permet à l'ailette de se déformer de façon à pouvoir être plaquée plus facilement contre les ailettes adjacentes. Il est ainsi possible de compenser les jeux mécaniques nécessaires à l'emboitement des ailettes du boitier et de celles du dissipateur thermique; - les ailettes sont de préférence recouvertes au moins partiellement d'une couche en matériau ductile ce qui permet d'améliorer le contact thermique entre les ailettes. La couche en matériau ductile comporte de préférence un ou plusieurs des matériaux suivants : indium, étain, plomb. - les ailettes sont de préférence réalisées dans un matériau facilement déformable plastiquement de manière à optimiser le transfert de la pression exercée par la bride vers les surfaces de contact thermique.
Un deuxième aspect de l'invention concerne un circuit électronique comportant un dispositif électronique selon le premier aspect de l'invention Un troisième aspect de l'invention concerne une turbomachine comportant un circuit électronique selon le deuxième aspect de l'invention.
BREVES DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - La figure 1, une vue en perspective d'un dispositif électronique selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 2, une vue de côté d'une partie des ailettes du dispositif de la figure 1 ; - La figure 3, une vue en perspective d'un dispositif électronique selon un autre mode de réalisation de l'invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de références identiques sur l'ensemble des figures.
DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION Le dispositif électronique 1 selon l'invention comporte un boitier 2 de composants électroniques et un dissipateur thermique 3. Le boitier 2 contient un ou plusieurs composants électroniques. Ces composants électroniques peuvent par exemple être un calculateur, un processeur, un convertisseur électrique, un composant électronique de puissance... Le dispositif électronique 1 comporte également une interface thermique 4 reliant thermiquement le boitier 2 au dissipateur thermique 3. Plus précisément, l'interface thermique 4 relie une surface principale 5 du boitier 2 à une surface principale 7 du dissipateur thermique 3. L'interface thermique 4 comporte des ailettes 8 solidaires de la surface principale 5 du boitier 2 et des ailettes 9 solidaires de la surface principale 7 du dissipateur thermique 3. Les ailettes 8 solidaires du boitier 2 sont agencées de façon à être emboitées dans les ailettes 9 solidaires du dissipateur thermique 3 comme représenté sur la figure 2. Ainsi, chaque ailette 8 du boitier 2, à l'exception éventuellement des ailettes d'extrémité, est intercalée entre deux ailettes 9 du dissipateur thermique 3 et inversement. Les ailettes permettent donc d'augmenter la surface d'échange thermique entre le boitier et le dissipateur thermique sans augmenter la taille du boitier. La surface principale 5 du boitier est sensiblement parallèle à la surface principale 7 du dissipateur thermique. Ainsi, les deux surfaces principales 5, 7 s'étendent sensiblement suivant un plan de référence (x, y).
Chaque ailette 8, respectivement 9, est sensiblement perpendiculaire à la surface principale 5, respectivement 7, à laquelle elle est reliée. Ainsi, chaque ailette 8, 9 s'étend sensiblement suivant une direction z perpendiculaire au plan de référence (x, Y). Selon un mode de réalisation préférentiel, les ailettes peuvent présenter une section en forme de créneau dans un plan (x, z), c'est-à-dire qu'elles présentent une section sensiblement rectangulaire et que deux ailettes successives sont séparées par une rainure de section également sensiblement, rectangulaire. Par ailleurs, chaque ailette 8, respectivement 9, s'étend de préférence suivant toute la longueur du boitier 2, respectivement du dissipateur thermique 3, suivant la direction y. Chaque ailette 8, respectivement 9, comporte: - Une base 12, respectivement 13, qui est reliée à la surface principale 5, respectivement 7 ; - Une partie de liaison 14, respectivement 15, qui est reliée à la base 12, respectivement 13 ; - Une partie de contact 16, respectivement 17 qui est reliée à la partie de liaison 14, respectivement 15.
La partie de contact 16 de chaque ailette 8 du boitier comporte deux surfaces de contact 10. La partie de contact 17 de chaque ailette 9 du dissipateur thermique comporte deux surfaces de contact 11. Chaque surface de contact 11 est destinée à venir au contact d'une surface de contact 10 lorsque les ailettes 8 et 9 sont emboitées les unes dans les autres. Pour ce faire, chaque surface de contact 10, 11 est perpendiculaire à la surface principale 5, 7 à laquelle elle est reliée. Par ailleurs, la distance d entre deux ailettes 8 successives du boitier 2 est sensiblement égale à l'épaisseur e d'une ailette 9 du dissipateur thermique 3, et inversement, de façon à ce que les surfaces de contact 10 du boitier soient en contact avec les surfaces de contact 11 du dissipateur thermique lorsque les ailettes 8 du boitier 2 sont emboitées dans les ailettes 9 du dissipateur thermique 3. Par ailleurs, les dimensions des ailettes sont choisies en fonction des dimensions du boitier et du dissipateur thermique, ainsi qu'en fonction de la quantité de chaleur produite par le composant électronique qui doit être évacuée. En effet, plus la surface de contact des ailettes est grande plus le flux thermique qui peut être évacué par l'interface thermique est grand. Toutefois, au-delà d'une certaine taille, les surfaces principales 5, 7 du boitier et du dissipateur thermique seront trop éloignées l'une de l'autre de sorte que l'évacuation du flux thermique sera dégradée. Il existe donc un compromis à trouver de manière à optimiser les dimensions des ailettes de façon à évacuer le maximum de chaleur via les ailettes. La base 12, 13 de chaque ailette 8, 9 est de préférence entaillée par des entailles 18, 19 de façon à faciliter l'emboitement des ailettes 8 du boitier et des ailettes 9 du dissipateur thermique 5. Selon ce mode de réalisation, chaque ailette présente : - une hauteur h comprise entre 3 et 100 mm de haut, de préférence égale à 20 mm de haut ; - une épaisseur e comprise entre 0.2 et 3 mm. Pour les mêmes raisons, chaque ailette comporte de préférence des entailles 20, 21 entre la partie de liaison 14, 15 et la partie de contact 16, 17 de façon à augmenter la souplesse des ailettes 8, 9. Les ailettes sont de préférence réalisées en aluminium, en cuivre ou en matériau composite présentant une conductivité thermique élevée C'est-à-dire supérieure à 20 W.m/° K.
Selon différents modes de réalisation, les ailettes peuvent être réalisées par usinage, moulage sous pression, frittage, frittage laser, soudure de tôles sur les surfaces principales, bain de brasure, électro-érosion...
Par ailleurs, le dispositif électronique comporte de préférence des moyens de serrage 22 qui permettent de plaquer les ailettes les unes contre les autres dans la direction x. On assure ainsi que les ailettes restent en contact les unes contre les autres malgré un jeu possible. Ces moyens de serrage 22 permettent d'exercer une force sur les ailettes dans la direction x. Pour ce faire, les moyens de serrage comportent de préférence des brides de serrage 23 disposées de part et d'autre des ailettes 8, 9 de façon à serrer les ailettes 8, 9 entre les brides de serrage. Pour ce faire, les moyens de serrage 22 comportent également des vis de serrage 24 aptes à maintenir les brides de serrage 23 serrées de part et d'autre des ailettes 8, 9. Les ailettes 8, 9 sont donc percées par des ouvertures 25, 26 à travers lesquelles les vis de serrage 24 peuvent passer. Ainsi, au contraire des dispositifs dans lesquels, l'interface thermique est comprimée suivant la direction z perpendiculaire aux surfaces principales, selon l'invention, les moyens de serrage compriment l'interface thermique 4 selon une direction x parallèle aux surfaces principales, ce qui permet de mieux plaquer les surfaces de contact les unes contre les autres, tout en exerçant une force moindre. En effet, les vis de serrage sont de préférence serrées de façon à exercer une pression de 100 kN/m2 sur les ailettes 8, 9.
Par ailleurs, chaque ailette 8, 9 peut être recouverte, au moins partiellement, d'une couche de matériau ductile permettant d'améliorer le contact thermique entre les ailettes 8 et 9. Cette couche de matériau ductile est de préférence déposée au moins sur les surfaces de contact 10, 11 de chaque ailette. Cette couche de matériau ductile peut être réalisée en indium, étain, plomb, ou en un de leur alliage.
L'interface thermique ainsi formée permet de mieux évacuer la chaleur qu'une solution à base de graisse thermique. Ainsi, une interface thermique comportant une couche de graisse thermique étalée sur une surface principale de 0.25 m sur 0.1 m et sur laquelle une pression uniforme de 100 kN/m2 est exercée présente une résistance thermique de 0.028 K/W. Une interface thermique telle que décrite précédemment, comportant des ailettes de 2 mm de large et 6 mm de haut, recouvertes d'une couche d'indium de quelques micromètres d'épaisseur, les ailettes étant réparties sur une surface principale de 0.25 m sur 0.1 m, présente une résistante thermique de 0.02 K/W. Par conséquent, l'interface thermique selon l'invention présente donc une meilleure conductivité thermique. En outre, l'interface thermique selon l'invention permet un montage et un démontage plus aisé du composant électronique puisqu'il suffit d'emboiter les ailettes les unes dans les autres. Il n'y a donc plus besoin d'utiliser de matériau intermédiaire. En outre, la solution selon l'invention permet de diminuer la taille du composant électronique puisque la surface d'échange thermique ne dépend plus seulement de la surface principale du composant électronique, mais également de la surface de contact des ailettes. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (1)
- REVENDICATIONS1. Dispositif électronique (1) comportant un boitier (2) pour composants électroniques, le boitier (2) étant relié thermiquement à un dissipateur thermique (3), le boitier (2) comportant une surface principale (5) en contact thermique avec une surface principale (7) du dissipateur thermique (3), caractérisé en ce que les surfaces principales (5, 7) du boitier (2) et du dissipateur thermique (3) sont pourvues d'ailettes (8, 9), les ailettes (8) du boitier (2) étant emboitées dans les ailettes (9) du dissipateur thermique (3).2. 3. 4. 5. 6. Dispositif électronique (1) selon la revendication précédente, dans lequel les surfaces principales (5, 7) du boitier (2) et du dissipateur thermique (3) sont parallèles entre elles. Dispositif électronique (1) selon la revendication précédente, dans lequel les ailettes (8, 9) sont perpendiculaires aux surfaces principales (5, 7). Dispositif électronique (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les ailettes (8, 9) sont maintenues serrées les unes contre les autres par des moyens de serrage (22) aptes à plaquer les ailettes (8, 9) les unes contre les autres dans au moins une direction (x). Dispositif électronique (1) selon la revendication précédente, dans laquelle la force exercée par les moyens de serrage (22) est parallèle aux surfaces principales (5, 7). Dispositif électronique (1) selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel les moyens de serrage (22) comportent deux brides de serrage (23) disposés de part et d'autre des ailettes (8, 9), les brides de serrage (23) étant reliées entre elles par au moins une vis de serrage (24).7. Dispositif électronique (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque ailette (8, 9) comporte une entaille (18) à sa base. 8. Dispositif électronique (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les ailettes (8, 9) sont recouvertes au moins partiellement d'une couche en matériau ductile. 9. Circuit électronique comportant un dispositif électronique selon l'une des revendications précédentes. 10. Turbomachine comportant un circuit électronique selon la revendication précédente.15
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Country Status (1)
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US20130020050A1 (en) * | 2011-07-21 | 2013-01-24 | Jonathan Robert Holman | Heat Sink Adaptor |
| US20130306293A1 (en) * | 2012-05-21 | 2013-11-21 | Hamilton Sundstrand Space Systems International | Extruded matching set radiators |
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2014
- 2014-03-26 FR FR1452578A patent/FR3019439A1/fr active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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