FR3096224A1 - « Boîtier étanche pour recevoir une électronique source de la chaleur » - Google Patents
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Abstract
« Boîtier étanche pour recevoir une électronique source de la chaleur »
Boîtier (200) formant une enveloppe (202) étanche aux poussières et aux liquides, comportant une carte électronique (20) sur laquelle est monté au moins un composant chauffant (60), laquelle est reçue à l’intérieur du boîtier ; un dissipateur thermique (216) doté d’une base (218) et agencé pour transférer des calories entre ladite base et l’extérieur du boîtier ; un moyen de conduction de chaleur entre une surface de l’élément chauffant et la base du dissipateur thermique. L’enveloppe comporte une partie en retrait (210) vers l’intérieur du boîtier, ladite partie en retrait délimitant une cavité (212) de réception du dissipateur thermique, ladite cavité s’ouvrant vers l’extérieur du boîtier, ladite cavité étant disposée au droit du composant chauffant, et présentant une paroi de fond (214), ladite paroi de fond et la base étant arrangées l’une par rapport à l’autre pour que la base soit en contact thermique avec ledit moyen de conduction.
Figure 4
Description
Le domaine de l’invention est celui des boîtiers agencés pour recevoir des composants électroniques, et plus particulièrement celui des boîtiers agencés pour recevoir des composants électroniques de manière étanche aux poussières et aux liquides.
État de la technique antérieure
On connaît des boîtiers pour recevoir des électroniques sources de la chaleur.
La chaleur peut être évacuée du boîtier par refroidissement de son atmosphère intérieure au moyen d’un flux d’air régulièrement renouvelé par une pompe.
Un tel boîtier est décrit en référence à la figure 3.
Toutefois, les solutions de l’état de la technique ne sont pas totalement satisfaisantes.
En effet, elles ne permettent pas d’obtenir une bonne étanchéité du boîtier.
Un but de l’invention est notamment de remédier à tout ou partie des inconvénients précités.
Selon un premier aspect de l’invention, il est proposé un boîtier formant une enveloppe étanche aux poussières et aux liquides (entre un milieu intérieur et un milieu extérieur), comportant :
- une carte électronique sur laquelle est monté au moins un composant chauffant, laquelle est reçue à l’intérieur du boîtier (milieu intérieur),
- un dissipateur thermique doté d’une base et agencé pour transférer des calories entre ladite base et l’extérieur du boîtier (par exemple un fluide du milieu extérieur),
- un moyen de conduction de chaleur entre une surface de l’élément chauffant et la base du dissipateur thermique.
L’enveloppe comporte une partie en retrait vers l’intérieur du boîtier qui délimite une cavité de réception du dissipateur thermique.
La cavité s’ouvrant vers l’extérieur du boîtier, est disposée au droit du composant chauffant, et présente une paroi de fond.
La paroi de fond et la base du dissipateur sont arrangées l’une par rapport à l’autre pour que la base soit en contact thermique avec le moyen de conduction.
Bien entendu, l’enveloppe peut comporter au moins une autre partie en retrait vers l’intérieur du boîtier qui délimite au moins une autre cavité de réception pour recevoir au moins un autre dissipateur thermique, l’au moins une autre cavité s’ouvrant vers l’extérieur du boîtier, étant disposée au droit d’au moins un autre composant chauffant, et présentant au moins une autre paroi de fond, l’au moins une autre paroi de fond et une base de l’au moins un autre dissipateur étant arrangées l’une par rapport à l’autre pour que ladite base soit en contact thermique avec au moins un autre moyen de conduction en contact thermique avec l’au moins un autre composant chauffant.
Selon une possibilité, le dissipateur thermique peut être rapporté sur la paroi de fond.
De préférence, la base du dissipateur thermique et la paroi de fond peuvent être d’un seul et même tenant. Ainsi, la paroi de fond constitue la base du dissipateur thermique.
Selon un mode de réalisation, le dissipateur thermique et la partie en retrait peuvent être d’un seul et même tenant. Ainsi, la partie en retrait peut constituer le dissipateur thermique.
Selon une particularité, la hauteur du dissipateur thermique peut être inférieure à la profondeur de la cavité. Ainsi tout le dissipateur thermique peut être logé dans la cavité.
Avantageusement, la cavité peut en outre comporter un ventilateur, qui peut être agencé pour transférer des calories depuis la cavité, et notamment le dissipateur thermique, vers l’extérieur du boîtier.
Selon une possibilité, le boîtier est formé d’une seule matière, par exemple en aluminium.
Selon une autre possibilité, le boîtier comporte plusieurs matières, la partie en retrait étant formée d’un matériau bon conducteur thermique, par exemple l’aluminium. Le reste du boîtier peut être formé de matériaux composites, par exemple du carbone ou la fibre de verre.
Par étanche aux poussières et aux liquides, la présente description vise un boîtier dont l’indice de protection est supérieur ou égal à IP 54, de préférence supérieur ou égal à IP 65, de manière plus préférentielle supérieure ou égale à IP 66, de manière encore plus préférentielle supérieure ou égale à IP 67, de manière la plus préférée supérieure ou égale à IP 68.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un ensemble électronique comportant une carte électronique sur laquelle est monté au moins un composant chauffant et un boîtier selon le premier aspect de l’invention, ou l’un ou plusieurs de ses perfectionnements, la carte électronique étant reçue dans ledit boîtier.
Description des figures
D’autres avantages et particularités de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, au regard de dessins annexés sur lesquels :
Description de modes de réalisation
Les modes de réalisation décrits ci-après n’étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites, par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.
Un élément apparaissant sur plusieurs figures conserve la même référence.
La figure 1 illustre un module électronique 1 comportant un support 2, par exemple une plaque, permettant de maintenir et de relier électriquement un ensemble de composant électroniques entre eux.
À cet effet, la plaque 2 est dotée d’un circuit imprimé (PCB, pour l’anglaisPrinted Circuit Board).
L’ensemble de composant électronique peut, par exemple, comporter un premier ensemble 3 de composants électroniques, un deuxième ensemble 4 de composants électroniques et un connecteur 5.
Le premier ensemble 3 peut par exemple former un contrôleur électronique de stabilité (ESC, pourElectronic Stability Control).
Le deuxième ensemble 4 peut par exemple former un système sur module (SOM, pourSystem on Module).
Le connecteur 5 peut par exemple être un connecteur Ethernet.
Comme cela est visible sur la figure 1, l’épaisseur du connecteur 5 est généralement plus importante que celle du premier ensemble 3 et du deuxième ensemble 4.
Sur l’exemple de figure 1, le connecteur 5 qui est le composant électronique le plus épais est placé en l’une des extrémités de la plaque 2.
La figure 2 illustre schématiquement un module électronique 10 comportant un circuit imprimé 20, permettant de maintenir et de relier électriquement un ensemble de composants électroniques entre eux.
De nouveau, la plaque 20 est dotée d’un circuit imprimé.
L’ensemble de composants électroniques peut comporter un premier ensemble 30 de composants électroniques, un deuxième ensemble 40 de composants électroniques et un connecteur 50.
Le premier ensemble 30 peut par exemple former un contrôleur électronique de stabilité, le deuxième ensemble 4 peut par exemple former un système sur module, le connecteur 5 peut par exemple être un connecteur réseau, par exemple de type Ethernet.
L’ensemble de composants électroniques peut en outre comporter un élément chauffant 60 et un autre composant électronique 70.
L’élément chauffant 60 peut par exemple être un microcontrôleur ou un émetteur de radiofréquences.
L’autre composant électronique 70 peut par exemple être peut par exemple être un deuxième connecteur, par exemple un connecteur de type USB.
L’élément chauffant peut être disposé entre deux autres composants électroniques, chacune des épaisseurs des deux autres étant supérieure à celle de l’élément chauffant 60.
Selon une possibilité, l’élément chauffant peut être d’une épaisseur inférieure à chacune des épaisseurs des autres composants électroniques du module électronique 10.
Le composant électronique de plus grande épaisseur n’est pas nécessaire disposé en une extrémité de la plaque 20.
La figure 3 illustre schématiquement un mode de réalisation d’un boîtier 100 selon l’art antérieur, formé d’une enveloppe séparant un milieu intérieur d’un milieu extérieur, dans lequel est monté le module électronique 10 qui vient d’être décrit.
Dans le but d’évacuer la chaleur dissipée par l’élément chauffant 60, l’enveloppe du boîtier peut comporter des orifices 102, 104, par lesquels l’air contenu dans le boîtier est circulé, par exemple au moyen d’une pompe (non représentée) disposée sur un circuit d’air raccordé aux deux orifices, la pompe étant disposée à l’extérieur (ou à l’intérieur) du boîtier. D’autres fluides, de préférence caloporteurs, peuvent être utilisés dans le but de refroidir le boîtier.
On comprend toutefois qu’une telle solution n’est plus applicable lorsque le boîtier doit être étanche aux poussières et aux liquides.
À tout le moins, une telle solution comporte de nombreuses pièces, tubes, raccords, blocs de refroidissement ainsi qu’un risque de fuite du fluide caloporteur.
La figure 4 illustre schématiquement en élévation un premier mode de réalisation d’un boîtier 200 selon l’invention.
Dans l’exemple représenté, le boîtier 200 comporte une enveloppe 202 formant couvercle et venant fermer un espace disposé entre un fonds 204 et deux parois latérales 206 et 208.
À la différence du boîtier 100 selon l’art antérieur, le boîtier 200 est étanche aux poussières et aux liquides.
Par étanche aux poussières, la présente description vise un indice de protection contre les solides supérieurs, ou égale, à l’indice 5, de préférence égale à l’indice 6, selon la norme internationale CEI 60529.
Par étanche aux liquides, la présente description vise un indice de protection contre les liquides supérieure, ou égale, à l’indice 4, de préférence supérieure ou égale à 5, de manière plus préférentielle supérieure ou égale à l’indice 6, de manière encore plus préférentielle supérieure ou égale à l’indice 7, 8 ou 9, selon la norme internationale CEI 60529.
Aussi, par boîtier étanche aux poussières et aux liquides, la présente description vise un boîtier dont l’étanchéité peut être décrite comme supérieure IP 54, selon la norme internationale CEI 60529.
Le module 10, formé de la carte électronique et des différents composants électroniques, est monté dans le boîtier 200 et comporte, en particulier, l’élément chauffant 60 qui est reçu à l’intérieur du boîtier.
Comme illustré par figure 4, l’enveloppe 202 comporte une partie 210 en retrait vers l’intérieur du boîtier.
La partie 210 délimite une cavité 212, s’ouvrant vers l’extérieur du boîtier 200.
La cavité est disposée au droit du composant chauffant 60, et présente une paroi de fond 214,
La cavité 212 est agencée pour recevoir un dissipateur thermique 216.
Le dissipateur thermique 216 est doté d’une base 218 et est agencé pour transférer des calories entre la base 218 base et l’extérieur du boîtier 200.
Comme cela est illustré par figure 4, la base 218 est rapportée sur la paroi de fond 214 et est ainsi en contact thermique avec cette dernière.
Le boîtier 200 comporte en outre un moyen de conduction 220 de chaleur (non représenté sur figure 4) disposé entre la paroi de fonds 214 et la surface de l’élément chauffant 60 tournée vers la paroi de fond 214.
Le moyen de conduction de la chaleur peut être une pâte thermique ou un pad thermique pour améliorer la conductivité thermique entre la surface de l’élément chauffant et la paroi de fonds.
Aussi, la paroi de fond 214 et la base 218 du dissipateur thermique 216 sont arrangées l’une et à l’autre de sorte que la base 218 du dissipateur thermique est en contact thermique avec le moyen de conduction 220.
La hauteur du dissipateur est inférieure à la profondeur de la cavité de sorte que le dissipateur ne présente pas de partie qui fasse saillie hors du boîtier.
Selon une variante du premier mode de réalisation du boîtier, non représentée, la cavité peut en outre comporter un ventilateur agencé de sorte d’extraire les calories depuis la cavité vers l’extérieur du boîtier.
La figure 5 illustre schématiquement en élévation un deuxième mode de réalisation d’un boîtier 300 selon l’invention.
Le boîtier 300 comporte une enveloppe 302 qui présente une partie 310 en retrait vers l’intérieur du boîtier.
La partie 310 délimite une cavité 312, s’ouvrant vers l’extérieur du boîtier 300.
La cavité 312 est disposée au droit du composant chauffant, et présente une paroi de fond 314,
La cavité 312 est agencée pour recevoir un dissipateur thermique 316.
Le dissipateur thermique 316 est doté d’une base 318 et est agencé pour transférer des calories entre la base 318 et l’extérieur du boîtier 300.
À la différence du premier mode de réalisation, la base 318 et la paroi de fond 314 sont d’un seul et même tenant. Dit autrement, la paroi de fond constitue la base 318 du dissipateur thermique 316.
Plus précisément, la partie en retrait 310 et le dissipateur thermique 316 sont d’un seul et même tenant. Dit autrement, la partie en retrait 310 constitue le dissipateur thermique 316.
La masse de l’enveloppe 302 peut être usinée pour former le dissipateur thermique 316 et la partie en retrait 310.
En particulier, le matériau formant l’enveloppe 303 peut être de l’aluminium.
La figure 6 illustre schématiquement un troisième mode de réalisation d’un boîtier 400 selon l’invention.
Le boîtier 400 comporte une enveloppe 402 qui présente une partie 410 en retrait vers l’intérieur du boîtier, délimitant une cavité 412 s’ouvrant vers l’extérieur du boîtier 400, disposée au droit du composant chauffant, et présentant une paroi de fond 414, pour recevoir un dissipateur thermique 416, doté d’une base 418, agencé pour transférer des calories entre la base 418 et l’extérieur du boîtier 400.
Comme selon le deuxième mode de réalisation, la base 418 et la paroi de fond 414 sont d’un seul et même tenant. Dit autrement, la paroi de fond constitue la base 418 du dissipateur thermique 416.
Plus précisément, la partie en retrait 410 et le dissipateur thermique 416 sont d’un seul et même tenant. Dit autrement, la partie en retrait 410 constitue le dissipateur thermique 416.
La cavité 412 comporte en outre un ventilateur 422 agencé de sorte de transférer les calories depuis la cavité vers l’extérieur du boîtier.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.
Bien entendu, l’enveloppe peut comporter plusieurs parties en retrait vers l’intérieur du boîtier pour évacuer la chaleur provenant de plusieurs composants chauffants.
Claims (10)
- Boîtier (200 ; 300 ; 400) formant une enveloppe (202 ; 302 ; 402) étanche aux poussières et aux liquides, agencé pour recevoir une carte électronique (20) sur laquelle est monté au moins un composant chauffant (60), laquelle est reçue à l’intérieur du boîtier, le boîtier comportant :
- un dissipateur thermique (216 ; 316 ; 416) doté d’une base (218 ; 318 ; 418) et agencé pour transférer des calories entre ladite base et l’extérieur du boîtier,
- un moyen de conduction de chaleur entre une surface de l’élément chauffant et la base du dissipateur thermique,
ladite cavité étant disposée au droit du composant chauffant, et présentant une paroi de fond (214 ; 314 ; 414),
ladite paroi de fond et la base étant arrangées l’une par rapport à l’autre pour que la base soit en contact thermique avec ledit moyen de conduction. - Boîtier (200 ; 300 ; 400) selon la revendication 1, dans lequel le dissipateur thermique (216 ; 316 ; 416) est rapporté sur la paroi de fond (214 ; 314 ; 414).
- Boîtier (300 ; 400) selon la revendication 1, dans lequel la base (318 ; 418) du dissipateur thermique et la paroi de fond (314 ; 414) sont d’un seul et même tenant.
- Boîtier (300 ; 400) selon la revendication 1, dans lequel le dissipateur thermique (316 ; 416) et la partie en retrait (310 ; 410) sont d’un seul et même tenant.
- Boîtier (200 ; 300 ; 400) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la hauteur du dissipateur thermique (216 ; 316 ; 416) est inférieure à la profondeur de la cavité (212 ; 312 ; 412).
- Boîtier (400) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la cavité (412) comporte en outre un ventilateur (422) agencé pour transférer des calories depuis la cavité, et notamment depuis le dissipateur thermique (416), vers l’extérieur du boîtier.
- Boîtier (200 ; 300 ; 400) selon l’une quelconque des revendications précédentes, formé d’une seule matière.
- Boîtier (200 ; 300 ; 400) selon la revendication précédente, dans lequel la matière est l’aluminium.
- Boîtier (200 ; 300 ; 400) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie en retrait est formé d’une matière et le reste du boîtier est formé d’au moins une autre matière.
- Ensemble électronique comportant une carte électronique (20) sur laquelle est monté au moins un composant chauffant (60) et un boîtier selon l’une quelconque des revendications précédentes, ladite carte électronique étant reçue dans ledit boîtier.
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