Brevet FR2266427A1 — publié le 19751024

La présente invention concerne le problème de la dissipation de la chaleur éi..anant de-composants électrossiclues, tels que des circuits intdgres, montés sur une plaquette commune de support, Pour teinter de résoudre ce problèmes on a déjà propose de fixer la plaquette de support des composants sur une paroi de récipient étanche contenant un liquide diélectrique à bas point dtébullition et de munir la partie supérieure de ce récipient, en laquelle monte la vapeur provenant de l'ébullition du liquide, dtailettes internes de condensation et d'ailettes externes de refroidissement par 11 air ambiant. Cette disposition a cependant un mauvais rendement global en raison notamment du freinage du transfert de la chaleur entre ailettes intérieures et ailettes externes et de la liniitation de la surface d'échange à la paroi intercalaire entre les jeux d'ailet tes qui ont une résistance thermique trop élevée. Le but de l'invention est de prévoir une structure de dispositif de dissipation de la chaleur émanant de composants électroniques sur plaquette qui ait un rendeiuent thermique très supérieur à celui de la disposition antérieure. Selon une caractéristique de l'invention, ce dispositif comporte un récipient- étanche contenant un liquide à bas point d'ébul lition à l'intérieur duquel est montée la plaquette de support des composants électroniques cornant sources chaudes en regard d'une paroi ondulée refroidie par un fluide externe, les ondulations de la paroi étant d'une profondeur appréciablement supérieures à leur pas, Selon une autre caractéristique de l'invention, la plaquette est montée dans le récipient de façon à contacter le liquide sur ses deux faces Selon une autre caractéristique de l'invention, les gorges externes des ondulations sont munies de canaux de circulation forcée du fluide externe Selon une autre caractéristique encore de l'invention, un bouchon détendeur est monté dxlc;; une paroi supérieure di récipi ent, Selon une autre caractéristique encore de l'invention, la paroi ondulée est verticale et un déflecteur interne est monté à proximité des gorges internes des ondulations de la paroi. Pour exposer 11 invention en son détail, on se réfère à un )exenpl-c par iculier de sa mise en pratielue dont peuvent se déduire toutes variantes d'esécution pratique entrant dans le cadre de l'invention. Les Figs.l et 2 sont des vues en élévation, en partie en coupe, de cet exemple de dispositif, La Fig.3 est une vue en coucpe du bouchon détendeur du dispositif des Figs~l et 2, et, La Fig,4 est une vue, simplifiée pour la clarté de la représentation et "explosée", de partie de l'enceinte du dispositif, la simplification portant sur le nombre d'ondes de la paroi ondulée et leur raccord avec la base de cette paroi. Dans cet exemple, le récipient constituant l'enceinte pour le liquide à bas point d'ébullition, qui peut illustrativement consister en un fluccarbone, est formé de deux pièces 3 et 7 assemblables pour réaliser un volume hermétique, ces deux pièces ayant des bords a' faces d'appui très planes et des joints d'étant chfiité tels que 8 se logeant dans des rainures d'une des pièces au moins, 7 sur le sch#n-. La pièce 3 est munie de traversées étanches telles que 6, disposées par exemple sur ou près de son pourtour, pour le passa- ge des conducteurs tels que 5 constituant les "peignes" de connexions de la plaquette 1 portant les circuits intégrés ou npas- tilles" 2 qui sont, de fait, les sources chaudes du dispositif, Les conducteurs 5 sont, comme usuel en technologie des plaquettes de circuits intégrés, soudés sur les bornes, également disposées en peignes, du circuit imprimé d'interconnexions porté par la plaquette. Ces soudures sont effectuées après fixation mécanique de la plaquette I sur la paroi 3 et cette fixation maintient la plaquette espacée de la face intérieure de la paroi 3, comme in disque par les intercalaires tels que 4 sur la Fig.4.Les sources chaudes peuvent, en effet, etre radiatrices de chaleur de ltun et l'autre des cotés de la plaquette, il est donc important que ces deux cotés soient en contact avec le liquide à bas point d'ébullition de l'enceinte~ La paroi de la pièce 7 opposée à celle qui supporte la plaquette 1 est ondulée, en ondes par exemple rectangulaire comme représenté sur la Fig.2. La configuration rectangulaire n'est pas impérative en soi, une configuration trapézoidale, voire méme sinusoidale, conviendrait aussi bien.L'essentiel est que les ondes définissent des gorges relativement étroites vis à vis de leur profondeur afin d'accrcitre au mieux la surface d'échange thermique par conduction entre l'enceinte et le milieu externes sans que rien ne s'oppose au transfert direct de la chaleur entre les faces interne et externe de cette paroi ondulée dont les gorges internes sont désignées par la référence 10 et les gorges extermes par la référence llv Ces gorges sont, naturellement, verticales et, lorsque le fluide externe est appliqué en ventilation forcée tout au moins, il est a-antageux de cloisonner les gorges externes, comme indiqué en 30, pour accroître les surfaces d'échan- ge et augmenter-ltefficacité de ce refroidissement forcée Si désiré et si de besoin, d'ailleurs, le fluide de refroidissement externe peut être liquide, circulation d'eau par exemple, au lieu d'être simplement gazeux, air par exemple, La plaquette 1 une fois montée sur la pièce 3 et les pièces 3 et 7 assemblées, on remplit le volume étanche d'un liquide à bas point d'ébullition, Pour cela, on a montré, Fig#3, un bouchon 9 particulièrement avantageux::- il comporte un mécanisme comprenant un ressort 21 pressant, par l'intermédiaire d'une pièce 22, une bille 23 sur un perçage de la paroi, ce ressort étant lui-meme pressé par une pièce d'écrou 24 maintenue par un obturateur 25 dans un manchon fileté 20 se vissant dans la parois Pour le remplissage, l'écrou et le ressort sont retirés, le mécanisme enlevé et le liquide introduit à-travers le perçage de la paroi après, si de besoin, la création d'un léger vide dans llenceinte à tra vers ce perçage Le mécanisme est remonté et si la vapeur saturée créée dans l'enceinte par l'échauffement du liquide tend a prendre un volume excessif, la pression de la vapeur soulevera la bil le de son siège contre 1lraetion du ressort, llexcEdent de vapeur s'échappera et la bille sera re-appliquée sur leperçage pour maintenir l'étanchéité de l'enceinte. On peut, en certains cas, établir dans l'enceinte une cloison 12 appliquée sur partie de la hauteur de la paroi ondulée de la pièce 7, ceci pour obtenir un effet de thermo-siphon facilitant la circulation du liquide dans les gorges lO, L'établissement de cette cloison n'est toutefois nullement impératif en soi, Pour des puissances dissipées dans les composants électroniques relativei#ent faibles, les échanges calorifiques se font uniquement par convection et conduction, les sources chaudes avant des températures inférieures à la temperature de vaporisation du liquide. Pour, des puissances dissipées plus importantes la tempe rature des sources chaudes dépasse celle de v3norisatioxs du liquide, les échanges ont lieu par conduction, convection et évaporation. Une partie du liquide se transforme en vapeur et l'ensemble liquide-vapeur tend à se déplacer vers le haut de l'encein- te par convection naturelle0 Le retour du liquide s'effectue par les gorges 10 puisque la paroi ondulée est "froide" puisqu'en échange thermique avec le fluide externe de refroidissement naturel ou force. REV#NDICATIOiNS 1. - Dispositif dissipant la chaleur émanant de composants électroniques montés sur une plaquette, caractérisé en ce qu'il comporte un récipient étanche contenant un liquide à bas point d' ébullition à l'intrieur duquel est montée la dite plaquette en regard d'une paroi ondulée refroidie par un fluide externe, les ondes de la paroi étant dtane profondeur appréciablement supéri eure à leur pas, 2* -Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que la plaquette est montée dans le récipient pour etre en contact par ses deux faces avec le liquide à bas point d'ébullitions 3. - Dispositif selon la revendication l ou la revendication 2, caractérisé en ce que la dite plaquette est supportée k partir d'une paroi du récipient équipée des traversées étanches de passage de conducteurs soudés sur les bornes du circuit imprimé d'interconnexion des composants électronique de la dite plaquette 4. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le fluide externe étant en circulation forcée, les gorges attérieares des ondes sont subdivisées sur leur profondeur par des cloisons définissant des conduits pour cette circulation for cédez 5. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un bouchon détendeur de vapeur est établi dans une paroi supérieure du récipient. 6. - Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce qu'un déflecteur couvre partiellement en hauteur les gorges intérieures, verticales, de la dite paroi.