Brevet FR2519508A1 — publié le 19830708

Bl AS/P I R 19508 DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT POUR CARTE DE CIRCUIT IMPRIME ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL DISPOSITIF La présente invention concerne un dispositif de refroidis- sement pour carte de circuit imprimé et un procédé de fabrication d'un tel dispositif. Deux principes sont actuellement utilisés pour refroidir une carte de circuit imprimé. Le refroidissement par convection dans l'air: Cette solution présente de grands risques de pollution des composants et du circuit imprimés lui-même. Le refroidissement par conduction dans un drain thermique réalisé dans l'épaisseur de la carte de circuit imprimé Ce système est particulièrement lourd et difficilement utilisable dans un maté- riel aéroporté. La présente invention se propose de remédier aux inconvé- nients précités. Elle a pour objet un dispositif de refroidissement pour carte de circuit imprimé permettant une excellente dissipation thermique. Elle a également pour objet un dispositif de refroidissement utilisable dans du matériel aéroporté puisqu'il ne pénalise pas le poids du matériel, et qu'il permet un gain de volume. Un autre objet de la présente invention est un dispositif de refroidissement utilisable non seulement pour des cartes sur lesquel- les des composants sont implantés à plat mais également pour des cartes sur lesquelles sont implantés des composants intégrés en boîtiers dits "Dual-in-line" ou DIL. Elle a également pour objet un procédé particulièrement simple de fabrication du dispositif de refroidissement. Selon l'invention, le dispositif de refroidissement pour carte de circuit imprimé est caractérisé en ce qu'il comprend une ossature creuse en cuivre de forme parallélépipédique qui présente quatre faces latérales et deux faces supérieure et inférieure, qui est ouverte sur deux faces latérales opposées et à l'intérieur de laquelle un fluide de refroissement circule entre des cloisonnements en cuivre orthogonaux aux faces supérieure et inférieure, la carte de circuit imprimé étant rapportée sur une des faces supérieure ou inférieure de ladite ossature, par la face ne comportant pas le circuit imprimé. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillé faite ci-après avec référence aux dessins ci- annexés qui représentent: figure 1, une vue en coupe d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention; figure 2, une vue en coupe d'un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention; figure 3, une vue du dessus du dispositif de la figure 2; figure 4 a à 4 d, un procédé de fabrication du dispositif de la figure 1; et figure 5 a à 5 d, un procédé de fabrication du dispositif des figures 2 et 3. La figure 1 représente une vue latérale en coupe du dispositif selon l'invention lorsque les composants utilisés sont à boîtier plat ("Mlat packaging "en vocable anglo-saxon). Le dispositif de refroidissement est repéré par la référence 1. Une carte de circuit imprimé 21 équipée sur une face de composants 3 (représentés schématiquement) soudés en 4 est fixée par son autre face sur la surface supérieure du dispositif de refroidissement 1. Une autre carte de circuit imprimé simple face 22 peut être, comme dans le mode de réalisation de la figure 1, fixée sur la surface inférieure du dispositif 1. Dans ce cas particulièrement simple des composants à boîtier plat, donc ne traversant pas la carte de circuit imprimé, le dispositif 1 est une ossature en cuivre dont les deux faces supérieure 101 et inférieure 102 parallèles sont reliées par des cloisonnements trans- versaux 8 parallèles et forment des conduits 5 parallélépipédiques adjacents. 251950 O Un mode de fabrication d'une telle ossature est représenté par les figures 4 a à 4 d et décrit ci-après avec référence à cette figure. Dans le cas de composants, dits "Dual-in-line" ("DIL packa- ging") dans le volable anglo-saxon, ou de composants traversant la carte de circuit imprimé, le dispositif de refroidissement est légè- rement différent et représenté par les figures 2 et 3 En effet il est nécessaire de réaliser des épargnes au niveau des pattes de fixation desdits composants. La figure 2 est une vue latérale en coupe du dispositif de refroidissement 1 sur la paroi supérieure 101 duquel les composants 3 ont été disposés Les pattes de fixation 7 des composants 3 traversent l'épaisseur du dispositif de refroidissement 1 à l'intérieur des épargnes 6 La figure 3 représente la vue du dessus du dispositf de la figure 2. Les évidements S dans lesquels le fluide de refroidissement circule sont interrompus par des épargnes 6 Ces épargnes sont réalisées au niveau des pattes de fixation 7 des composants 3 dont doit être équipée la carte 20, la carte de circuit imprimée 20 étant rapportée, par collage ou autre moyen connu, sous le dispositif de refroidissement par rapport aux composants, le circuit imprimé étant dirigé vers l'extérieur. Le composant 3 est par conséquent disposé à cheval sur l'évidement à parois en cuivre dans lequel le fluide de refroidis- sement (liquide ou gazeux) s'écoule et qui est encadré par les deux épargnes 6 correspondant à ses pattes de fixation 7. Les pattes de fixation 7 du composant 3 traversent donc le dispositif de refroidissement par les épargnes 6 et la carte 20 par les perforations prévues dans le circuit imprimé et sont soudées en 4 à l'extérieur du dispositif 1, de l'autre côté de la carte 20. Les différentes phase de la fabrication du dispositif de refroi- dissement selon l'invention sont représentées schématiquement par les figures 4 a à 4 d et 5 a à 5 d correspondant au procédé de fabrication du dispositif respectivement dans le premier cas de composants "à boîtier plat" ("flat Packaging") et dans le deuxième cas de composants "DIL" ou traversant la carte de circuit imprimé. L'indice "a" des numéros de figure désigne la phase de prépa- ration du noyau, l'indice b la phase d'électroformage, l'indice c la phase d'usinage, l'indice d la phase de dissolution du noyau. Le noyau 9 est réalisé dans une matière telle que par exemple la cire, ou le métal de Wood ou l'aluminium. Dans le premier cas (Fig 4 a) le noyau est constitué de barres parallélépipédiques 11 disposées côte à côte longitudinalement et séparées deux à deux par des cloisonnements en cuivre 8. Dans le deuxième cas, illustré par la figure 5 a, le noyau 9 est réalisé d'un seul morceau avec des épargnes 6 correspondant aux pattes de fixation 7 des composants 3, tels qu'ils seront implantés, et traversant totalement l'épaisseur du noyau 9. La deuxième phase du procédé de fabrication consiste, dans le premier (fig 4 b) comme dans le deuxième (Fig 5 b) cas, à recouvrir la superficie du noyau, à savoir les faces supérieure 101, inférieure 102 et latérales, ainsi que les parois latérales des épargnes 6 lorsqu'il y en a, d'une couche mince de cuivre, par électroformage, procédé connu de l'homme de l'art. La troisième phase du procédé de fabrication consiste dans le premier (fig 4 c) comme dans le deuxième cas (fig 5 c) à usiner les faces latérales avant et arrière afin d'en enlever la couché de cuivre. La quatrième phase enfin consiste à faire disparaître le noyau qui est comme mentionné ci-dessus réalisé en une matière, telle que la cire, dont le point de fusion est très inférieur à celui du cuivre. Le procédé utilisé dans cette quatrième phase pour la dissolution d noyau est connu de l'homme de l'art et ne sera pas décrit ici. La carte de circuit imprimé est ensuite appliquée, par collage ou tout autre procédé connu, sur le dispositif ainsi obtenu, avec le circuit imprimé visible à l'extérieur. Les composants 3 sont ensuite implantés suivant le schéma prévu et de la façon indiquée dans le début de la description. Le fluide de refroidissement, liquide ou gazeux, s'écoule d'une face usinée à l'autre et draine les calories dégagées par les composants 3 grâce à un excellent échange thermique entre le fluide et les composants. On a ainsi décrit un dispositif de refroidissement pour carte de circuit imprimé et son procédé de fabrication. La présente invention est utilisable pricipalement dans le matériel aéroporté. REVENDICATIONS 1 Dispositif de refroidissement pour carte de circuit imprimé, caractérisé en ce qu'il comprend une ossature creuse en cuivre de forme parallélépipédique qui présente quatre faces latérales et deux faces supérieure ( 101) et inférieure ( 102), qui est ouverte sur deux faces latérales opposées, et à l'intérieur de laquelle un fluide de refroidissement circule entre des cloisonnements ( 8) en cuivre orthogonaux aux faces supérieure ( 101) et inférieure ( 102), la carte de circuit imprimé étant rapportée sur une des faces supérieure ( 101) ou inférieure ( 102) de ladite ossature par la face ne compor- tant pas le circuit imprimé. 2 Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cloisonnements ( 8) s'étendent de façon continue longitudinalement entre les deux faces latérales ouvertes et délimitent des évidements parallélépipédiques ( 5) à paroi de cuivre, ouverts en leurs deux extrémités. 3 Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que, traversant l'épaisseur de l'ossature, sont pratiquées des épargnes ouvertes dans les faces supérieure ( 101) et inférieure ( 102) de ladite ossature, épargnes dont les parois latérales sont constituées par des cloisonnements en cuivre ( 8) et qui sont réalisées vis à vis des pattes de fixation ( 7) des composants ( 3) à implanter. 4 Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les composants à boîtier 2; 15 plat sont implantés sur la face de la carte qui est tournée vers l'extérieur. Dispositif de refroidissement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le composant ( 3) est disposé sur le dispositif de refroidissement, à cheval sur les évidements ( 5) existant entre les deux épargnes ( 6) correspondant à ses pattes de fixation ( 7), de l'autre côté du dispositif par rapport à la carte de circuit imprimé, les pattes de fixation ( 7) dudit composant ( 3) traversant Pépaisseur 251950 E du dispositif à travers les épargnes ( 6) et l'épaisseur de la carte par les perforations prévues afin d'être soudées sur la face de la carte qui est tournée vers l'extérieur. 6 Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fluide, de refroidis- sement est un liquide. 7 Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fluide de refroidis- sement est un gaz. 8 Procédé de fabrication d'un dispositif de refroidissement pour carte de circuit imprimé, caractérisé en ce qu'il comprend successivement les étapes suivantes: moulage d'un noyau parallélépipédique présentant quatre faces latérales et deux faces supérieure et inférieure et réalisé en un matériau dont le point de fusion est très inférieur à celui du cuivre; placage d'une couche de cuivre sur toute la superficie du noyau par électroformage; usinage de deux faces latérales opposées; dissolution du noyau; fixation de la carte de circuit imprimé à refroidir sur une face supérieure ou inférieure, la face portant le circuit imprimé étant tournée vers l'extérieur; et implantation des composants sur la carte. 9 Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que, dans le noyau sont inclus, avant la phase d'électro- formage, une pluralité de cloisonnements en cuivre perpendiculaires aux faces supérieure et inférieure. Procédé de fabrication selon la revendication 8, caracté- risé en ce que avant la phase d'électroformage des épargnes sont réalisées à travers le noyau lors de la phase de moulage, orthogo- nalement aux faces supérieure et inférieure dudit noyau, les parois latérales des épargnes étant également recouvertes de cuivre lors de la phase d'électroformage.