Brevet FR2522917A1 — publié le 19830909

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DE COMPOSANTS ELECTRONIQUES ET BAIE DE TELECOMMUNICATION COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF La présente invention se rapporte d'une manière générale aux systèmes. de transmission par fibres optiques, et concerne plus particulièrement un dispositif de refroidissement de composants électroniques, tels que des diodes lasers utilisées à l'émission de tels systèmes de transmission. De façon générale, chaque émetteur d'un système de trans mission sur fibres optiques comporte, sur une plaquette de circuit imprimé, une embase émettrice constituée d'une diode laser, d'une photodiode de contrôle et d'une optique de couplage laser-fibre insérée dans une fiche de connecteur pour le raccordement de ladite embase au câble à fibres optiques, et un circuit d'alimentation et de commande de la diode laser. En outre, lors de l'implantation sur chantier des câbles de transmission par fibres optiques, agencés entre deux stations dites principales, il est connu d'installer les équipements électroniques d'émission dans des bâtis appelés baies de télécommunication. Comme cela est connu, les diodes lasers, travaillant notam ment à des longueurs d'onde égales à 1,3 hum, sont des composants très instables en température, leur échauffement étant réalisé par effet Joule, de sorte qu'il s'avère indispensable de refroidir de telles diodes lasers installées dans une baie de télécommunication. On connaît un dispositif permettant de refroidir individuel lement chaque diode laser à 1,3)li équipée d'un radiateur, par mise en oeuvre de l'effet Peltier, connu en soi. Du point de vue structure, ce ce dispositif de refroidissement comporte des barreaux de silicium dopé sur lesquels est disposée la diode laser, et des moyens de régulation de température de ladite diode. En générant un courant appelé courant Peltier dans les barreaux, la face des barreaux sur laquelle est placée la diode laser se refroidit tandis que la face opposée de ces barreaux s'échauffe, permettant ainsi à la diode laser d'être refroidie. Toutefois, un tel dispositif de refroidissement comporte des inconvénients. En effet, les barreaux de silicium opérant par effet Peltier Consomment beaucoup d'électricité, et ont un mauvais rendement thermique. De plus, la durée de vie de ces barreaux est nettement inférieure à celle de la diode laser, de sorte que la destruction des barreaux nécessite généralement un changement de la diode laser. La présente invention a pour but de remédier à ces inconve- nients en proposant un dispositif permettant de refroidir des diodes lasers, notamment à 1,3 pu, qui est entièrement satisfaisant, est d'une structure simple, et présente un excellent rendement thermique. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de refroidissement d'au moins un composant électronique monté sur une plaquette, caractérisé en ce qu'il comporte: - une pièce formant réceptacle d'au moins une partie de la plaquette comprenant le composant, le réceptacle délimitant une enceinte fermée à l'intérieur de laquelle est disposé le composant à refroidir ; - des moyens pour générer un fluide réfrigérant à une température sensiblement constante ; et - au moins une conduite parcourue par le fluide réfrigérant et montée en contact avec le pourtour du réceptacle, permettant ainsi à l'enceinte fermée d'être à la température constante, de sorte que le composant à l'intérieur de l'enceinte thermostatée est refroidi par convection naturelle. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de génération de fluide réfrigérant comportent un groupe frigorifique auquel est connectée la conduite. L'invention vise également une utilisation du disposée de refroidissement selon l'invention. Cette utilisation est caractérisée par le fait que plusieurs dispositifs de refroidissement sont logés à l'intérieur d'une baie de télécommunication dans laquelle est disposé un ensemble de diodes lasers, et par le fait qu'un même groupe frigorifique assure, avec un bon rendement thermique, le refroidissement collectif de toutes les diodes lasers, permettant ainsi de maintenir la baie à une température constante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat- tront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: - la figure 1 représente une vue en perspective, avec arrachements partiels, d'une baie de télécommunication comportant un dispositif de refroidissement selon l'invention - la figure 2 représente une vue en perspective, avec arrachements partiels, d'un dispositif de refroidissement selon un premier mode de réalisation, le groupe frigorifique n'étant pas illustré; - la figure 3 représente une vue selon la flèche III de la figure 2; - la figure 4 représente une vue similaire à la figure 3, selon un second mode de réalisation ; et - la figure 5 représente une vue similaire à la figure 3, selon un troisième mode de réalisation. Suivant un exemple de réalisation, et en se reportant à la figure 1, on a représenté en 1 une baie de télécommunication constituée par une armoire 3 dans laquelle vient se loger un ensemble de coffrets S, par exemple au nombre de dix, de formes respectives par exemple parallélépipédiques, et disposés les uns audessus des autres. Chaque coffret 5 est monté fixement sur les faces latérales de l'armoire 3 par tout système de fixation approprié. Dans le cadre d'un système de télécommunication par fibres optiques, les modules émetteurs utilisés comportent chacun une tête optique constituée d'une diode laser, d'une photodiode de contrôle et d'une optique de couplage laser-fibre, et un dispositif d'alimentation et de commande de ladite diode laser. Les différentes têtes optiques et leurs circuits électroniques associés sont agencés à l'intérieur des coffrets 5 installés dans l'armoire 3. On a représenté en 7 sur la figure I une seule plaquette de circuit imprimé sur laquelle est montée entre autres une diode laser 9 équipée d'un radiateur 10, et en 12 une seule autre plaquette de circuit imprimé non équipée d'un composant optique. Plus précisément, les plaquettes 7 et 12 sont disposées verticalement dans leurs coffrets respectifs 5, chaque plaquette venant reposer sur la face inférieure de son coffret. Comme cela est connu, les diodes lasers utilisées pour l'émission d'informations dans des fibres optiques, et travaillant notamment à des longueurs d'onde égales à 1,3pm, sont considérées comme des composants grand dissipateurs de chaleur, de sorte qu'il s'avère indispensable- de les refroidir afin d'éviter qu'elles soient détruites. On va décrire maintenant un dispositif de refroidissement de telles diodes lasers, conforme à l'invention, en se reportant aux figures 2 à 5. Selon un premier mode de réalisation représenté sur les figures 2 et 3, et dans lesquelles les éléments identiques à ceux de la figure 1 sont désignés par le même repère, le dispositif de refroidissement de la diode laser 9 montée sur la plaquette de circuit imprimé 7 et équipée du radiateur 10, comporte un réceptacle constitué par une pièce métallique 15 en forme de U en section transversale, et par deux plaques 16 et 17, réalisées en un matériau souple et étanche, tel que par exemple en caoutchouc, montées l'une à côté de l'autre et fixées respectivement aux deux extrémités libres des branches verticales 15a et 15b de la pièce en U. Ainsi, les deux plaques 16 et 17 sont disposées parallèlement à la branche horizontale 15c de la pièce en U, de sorte que la pièce 15 et les deux plaques 16 et 17 délimitent une enceinte 20 destinée à recevoir la partie de plaquette 7a sur laquelle est montée la diode laser 9. On notera que les deux plaques 16 et 17 pourraient être remplacées par des pièces en forme de lèvres, sans sortir du cadre de l'invention. Pour disposer la diode laser 9 à l'intérieur de l'enceinte 20, on déforme légèrement les deux plaques souples 16 et 17, et on introduit verticalement la partie de plaquette 7a entre les deux plaques 16 et 17 déformées de telle sorte que la diode laser, une fois dans l'enceinte 20, soit disposée en regard de l'une des branches verticales de la pièce en U, telle que par exemple la branche 15a. Puis, la partie de plaquette 7a vient s'enficher dans un connecteur électrique 22 fixé sur la branche horizontale 15c de la pièce en U. Une fois la diode laser 9 mise en place dans l'enceinte 20, les deux plaques 16 et 17 reprennent leur position initiale dans laquelle elles sont en appui sur la plaquette 7. L'enceinte 20 constitue donc une enceinte fermée dans laquelle est logée la diode laser 9 à refroidir, et les deux plaques 16 et 17 constituent des joints d'étanchéité de ladite enceinte. Comme il apparaît sur les figures 2 et 3, le dispositif de refroidissement comporte de plus une conduite 25 dans laquelle est destiné à circuler un fluide réfrigérant, tel que par exemple du Fréon, maintenu à une température constante donnée. La conduite 25 forme une boucle à l'extérieur de la pièce en U, et est fixée, par exemple par soudage, sur les pourtours externes des deux branches verticales 15a et 15b de ladite pièce en U. On a représenté en 26 sur la figure 2 une échancrure pratiquée sur les faces supérieure et inférieure, et sur la face arrière du coffret 5, et dans laquelle viennent se loger la pièce 15, les deux plaques 16 et 17, et la conduite 25. Sur la figure 1, on a représenté sur la face arrière de l'armoire 3, une pluralité de pièces 15 en U, par exemple au nombre de quatre, solidaires des conduites 25, du type représenté sur la figure 2. Dans un souci de clarté, on n'a pas représenté sur la figure îles plaques 16 et 17 de la figure 2. Comme on le voit bien sur la figure 1, les pièces 15 sont montées les unes à côté des autres et sont disposées sensiblement sur toute la longueur de la face arrière de l'armoire 3, en venant s'insérer fixement dans les coffrets 5 d'équipements électroniques. Pour assurer le refroidissement de toutes les diodes lasers au moyen du fluide réfrigérant, l'armoire 3 de la baie de télécommunication comporte, par exemple sur sa face inférieure, des moyens pour générer ledit fluide réfrigérant, constitués par exemple par un groupe frigorifique, connu en soi, dont on a représenté en 30 sur la figure 1 l'ensemble constitué par le compresseur et le détendeur, et en 31 le condenseur. Le condenseur 31 est par exemple placé à l'extérieur de l'armoire 3, et est relié au compresseur-détendeur 30 disposé à l'intérieur de l'armoire par deux canalisations 32 et 33 traversant des ouvertures (non représentées) pratiquées dans ladite armoire. La conduite 25, connectée à l'ensemble 30 du groupe frigorifique, est disposée le long des différentes pièces 15 en formant par exemple un serpentin, de sorte que le groupe frigorifique assure de façon collective le refroidissement des diodes lasers, et partant le refroidissement de la baie de télécommunication elle-même. On a représenté par les flèches E et S sur la figure île trajet suivi en continu par le fluide réfrigérant à l'intérieur de la conduite 25. Comme le fluide réfrigérant généré par le groupe frigorifique est à une température constante donnée, chaque pièce métallique 15 en contact avec la conduite 25 est également à ladite température constante, de sorte que l'enceinte fermée 20 (figure 3) constitue une enceinte thermostatée à l'intérieur de laquelle la diode laser 9 est refroidie par convection naturelle. Selon un second mode de réalisation représenté sur la figure 4, et dans laquelle les éléments identiques à ceux de la figure 3 sont désignés par le même repère, le réceptacle de la partie de plaquette 7a sur laquelle est montée la diode laser 9 à refroidir, est constitué par une pièce métallique 40 en forme de L en section transversale, dont la branche verticale 40a est solidaire de la conduite 25 dans laquelle circule le fluide réfrigérant à une tempé rature constante donnée. L'extrémité libre de la branche verticale 40a de la pièce en L est fixée à la plaque 16 en matériau souple et étanche, ladite plaque étant disposée sensiblement parallèle à la branche horizontale 40b de la pièce en L. La plaquette 7 est montée verticalement dans son coffret et sa partie 7a vient s'enficher dans le connecteur électrique 22 fixé sur la branche horizontale 40b de la pièce en L, de telle sorte que la diode laser 9 soit disposée en regard de la branche verticale 40a de ladite pièce en L. Après enfichage de la partie de plaquette 7a, la plaque 16 vient en appui sur ladite plaquette, de sorte que l'ensemble constitué par la pièce 40, la plaque 16 et la partie de plaquette 7a délimitent l'enceinte thermostatée 20 à l'intérieur de laquelle la diode laser 9, comme précédemment, est refroidie par convection naturelle. Selon un troisième mode de réalisation représenté sur la figure S, et dans laquelle les éléments identiques à ceux de la figure 4 sont désignés par le même repère, la diode laser 9 est dépourvue de radiateur et est montée directement en contact avec la partie de la branche verticale 40a de la pièce 40 en L sur laquelle est fixée la conduite 25 de fluide réfrigérant. Comme la diode laser 9, la pièce métallique 40 et la conduite 25 dans laquelle circule le fluide réfrigérant à une température constante donnée, sont en contact les unes avec les autres, la diode laser 9 est refroidie par conduction thermique. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si cellesci sont effectuées suivant l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement d'au moins un composant électronique (9) monté sur une plaquette (7), caractérisé en ce qu'il comporte: - une pièce formant réceptacle (15) d'au moins une partie (7a > de la plaquette comprenant le composant, le réceptacle délimitant une enceinte fermée à l'intérieur de laquelle est disposé le composant à refroidir (9); - des moyens (30, 31) pour générer un fluide réfrigérant à une température sensiblement constante ; et - au moins une conduite (25) parcourue par le fluide réfrigérant et montée en contact avec le pourtour du réceptacle, permettant ainsi à l'enceinte fermée d'être à la température constante, de sorte que le composant à l'intérieur de l'enceinte thermostatée est refroidi par convection naturelle. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réceptacle comporte une pièce métallique présentant une forme en U en section transversale, dont au moins l'une des deux branches verticales (I Sa; l5b) est solidaire de la conduite (25) de fluide réfrigérant, et deux plaques (16,- 17) montées l'une à cote de l'autre et fixées respectivement aux deux extrémités libres des branches verticales du U, la partie (7a) de la plaquette comprenant le composant étant introduite entre les deux plaques, de sorte qu'après introduction de la plaquette, les deux plaques viennent en contact sur la plaquette, l'ensemble constitué par la pièce en U et les deux plaques délimitant ainsi l'enceinte thermostatée dans laquelle est refroidi par convection naturelle ledit composant. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la conduite (25) de fluide réfrigérant est fixée par soudage sur le pourtour externe de l'une des branches verticales du U. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le réceptacle comporte de plus un connecteur électrique (22) monté fixement sur la branche horizontale (15c) du U, et dans lequel vient s'enficher la partie (7a) de la plaquette comprenant le composant, la plaquette étant introduite dans l'enceinte thermostatée de telle sorte que le composant à refroidir (9) soit disposé en regard de la branche verticale (15a) du U solidaire de la conduite (25) de fluide réfrigérant. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réceptacle comporte une pièce métallique présentant une forme en L en section transversale, dont la branche verticale (40a) est solidaire de la conduite (23) de fluide réfrigérant, la partie (7a) de la plaquette comprenant le composant étant montée à l'une de ses extrémités sur la branche horizontale (40b) du L de telle sorte que le composant à refroidir (9) soit disposé en regard de la branche verticale du L, et une plaque (16) montée fixement sur l'extrémité libre de la branche verticale du L, et disposée sensiblement parallèle à la branche horizontale du L, de sorte qu'après montage de la plaquette, la plaque vient en contact sur la plaquette, l'ensemble constitué par la pièce en L, la plaque et la partie de plaquette comprenant le composant délimitant ainsi l'enceinte thermostatée dans laquelle est refroidi par convection naturelle ledit composant. 6. Dispositif selon la revendication S, caractérisé en ce que la conduite (25) de fluide réfrigérant est fixée par soudage sur le pourtour externe de la branche verticale du L. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le réceptacle comporte de plus un connecteur électrique (22) monté fixement sur la branche horizontale (40b) du L, et dans lequel vient s'enficher la partie (7a) de plaquette comprenant le composant. 8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que chaque plaque est réalisée en un matériau souple et étanche, constituant ainsi un joint d'étanchéité. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant a refroidir ~ (9) est équipé d'un radiateur (10). 10. Dispositif de refroidissement d'au moins un composant électronique (9) monté sur une plaquette (7), caractérisé en ce qu'il comporte: - une pièce métallique (40) en forme de L en section transversable; - des moyens (30, 31) pour générer un fluide réfrigérant à une température sensiblement constante ; et - au moins une conduite (25) parcourue par le fluide réfrigérant et montée en contact avec le pourtour externe de la branche verticale (40a) du L, la plaquette étant montée - à l'une de ses extrémités sur la branche horizontale du L de telle sorte que le composant à refroidir (9) soit disposé en contact avec le pourtour interne de la branche verticale du L, permettant ainsi au composant d'être refroidi par conduction thermique. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un connecteur électrique (22) monté fixement sur la branche horizontale (rob) du L, et dans lequel vient s'enficher la plaquette (7). 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de génération (30, 31) de fluide réfrigérant comportent un groupe frigorifique auquel est connectée la conduite (25). 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant à refroidir (9) est une diode laser. 14. Baie de télécommunication, caractérisée en ce qu'elle comporte une armoire (3) dans laquelle est logé au moins un dispositif de refroidissement tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15. Baie selon la revendication 14 et l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que chaque pièce métallique (15) en forme de U et chaque plaque (16; 17) sont montées sensiblement sur toute la longueur de la face arrière de l'armoire (3), et en ce que chaque plaquette sur laquelle est monté le composant à refroidir est disposée verticalement dans un coffret (5) d'équipements électroniques, ce coffret étant pourvu d'une échancrure (26) dans laquelle viennent se loger les branches verticales (isba, 15b) de chaque U, les plaques (16, 17) et la conduite (25), de sorte que chaque composant à refroidir se trouve à l'intérieur de l'enceinte thermostatée. 16. Baie selon les revendications 12 et 15, caractérisée en ce que les pièces métalliques (15) en forme de U sont disposées les unes à côté des autres sur la face arrière de l'armoire (3), en ce que les coffrets (5) sont disposés les uns au-dessus des autres, et en ce que la conduite (25) connectée au groupe frigorifique (30, 31) est en forme de serpentin disposé le long desdites pièces métalliques.