Brevet FR2566164A1 — publié le 19851220

Dispositif de refroidissement pour semi-conducteur La présente invention concerne le refroidissement des semi-conducteurs montes en boitiers plats au moyen d'un seul radiateur. Cette technique de refroidissement permet une disposition très compacte ainsi qu'une mise hors d'atteinte et une mise hots poussières des parties sous tension électrique des boîtiers de semi-conducteurs et de leurs connexions à l'aide d'un simple capot fixé au dos du radiateur, sur son pourtour. Dans la plupart des dispositifs de refroidissement à un seul radiateur le ou les boîtiers plats de semi-conducteurs pressés au dos du radiateur par l'intermédiaire d'une cloison électriquement isolante assurant un bon transfert thermique ne sont refroidis que par une seule face. Pour augmenter les possibilités d'évacuation de la chaleur, il est connu d'entourer le ou les boîtiers plats de semi-conducteurs d'un capot étanche fixé au radiateur et de les plonger dans la partie liquide d'un fluide électriquement isolant et bon conducteur de la chaleur, éventuellement frigorifique tel qu'un hydrocarbure fluoré. Il est également connu de réaliser à l'aide d'une pièce de métal massive un pont thermique reliant au dos du radiateur la face de chaque boîtier qui n'est pas en contact avec lui. L'une et l'autre des dispositions précédentes présentent l'inconvénient de rendre délicat le démontage d'un boîtier de semi-conducteur soit en raison de la nécessité de purger le boîtier du fluide qu'il contient puis de le remplir à nouveau soit en raison du démontage de la pièce métallique massive constituant le pont thermique car la fixation de cette pièce au radiateur nécessite l'interposition d'une cloison électriquement isolante, de faible épaisseur pour ne pas interrompre le flux thermique et par conséquent fragile et peu apte à supporter les démontages. La présente invention a pour but un dispositif de refroidissement pour semi-conducteur monté en boitier plat pourvu d'un radiateur qui refroidisse les deux faces du boîtier et qui permette un remplacement aisé de ce dernier. Elle a pour objet un dispositif de refroidissement pour semiconducteur en bottier plat comportant un radiateur au dos duquel le boitier du semi-conducteur est pressé par l'une de ses faces et un pont thermique qui relie l'autre face du bottier au radiateur et qui est constitué d'un caloduc formé d'au moins un tube déformable étanche rempli d'un fluide volatil partiellement à l'état liquide ayant une extrémité inférieure fixée à un étrier diffuseur de chaleur plaquant le bottier plat du semi-conducteur au dos du radiateur et une extrémité supérieure raccordée au radiateur. Selon un mode préféré de réalisation, deux semelles métalliques diffuseuses de chaleur sont plaquées l'une au dessus de l'autre au dos du radiateur tout en étant isolées électriquement de ce dernier, la semelle inférieure étant intercalée devant le bottier du semi-conducteur et la semelle supérieure devant l'extrémité supérieure du caloduc. Le tube du caloduc est de préférence annelé ce qui lui confère une souplesse de déformation suffisante pour permettre le démontage du bottier plat de semi-conducteur sans autre opération qu'un simple desserrage de l'étrier. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dont la figure unique montre, en perspective partiellement éclatée un dispositif de refroidissement selon l'invention. Le dispositif de refroidissement représenté comporte un unique radiateur à air 1 formé d'une plaque présentant un dos plan et une face avant hérissée d'ailettes parallèles 2. La plaque est disposée verticalement ses ailettes baignant dans un flux d'air de refroidissement. Deux semelles métalliques diffuseuses de chaleur 3 et 4 sont fixées l'une au dessus de l'autre sur le dos plan du radiateur à air 1 par l'intermédiaire de feuilles électriquement isolantes de faible épaisseur 5 et 6. Le bottier plat 7 d'un semi-conducteur à refroidir est plaqué contre la semelle inférieure 3 au moyen d'un étrier métallique 8 maintenu sur le radiateur 1, de manière électriquement isolante, par des vis 9. L'une des faces du bottier plat est directement en contact avec la semelle inférieure 3 tandis que l'autre est directement en contact avec l'étrier 8 qui sert également de diffuseur de chaleur et qui est solidaire de l'extrémité inférieure d'un caloduc 10 aboutissant par son extrémité supérieure dans la semelle supérieure 4.L'ensemble des semelles diffuseuses de chaleur 3, 4, du boîtier plat de semi-conducteur 7, de son étrier de maintien 8 et du caloduc 10 sont enfermés sous un capot Il fixé sur son pourtour au dos plan du radiateur 1. Par soucis de clarté, on n'a pas représenté les connexions eleo- triques qui peuvent se faire à partir des semelles diffuseuses de chaleur en ce qui concerne les bornes électriques du semi-conducteurs constituées par les faces planes de son bottier 7 ni les diverses vis de fixation et joint d'étanchéité du capot 11. La chaleur cédée à la semelle inférieure 3 par la face en contact direct du bottier plat 7 du semi-conducteur se diffuse dans tout le volume de cette semelle 3 et se répartie uniformément sur toute la surface au contact de la feuille électriquement isolante 5 qui est traversée par un flux calorique de faible densité ne provoquant qu'un faible écart de température entre ses deux faces. La chaleur cédée à l'étrier 8 par l'autre face du bottier plat 7 du semi-conducteur se diffuse dans le volume de l'étrier 8 vers l'extrémité inférieure du caloduc 10 qui en assure le transport jusqu'à la semelle supérieure 4 tout en maintenant un très faible écart de température entre les deux. La chaleur reçue par la semelle supérieure 4 se diffuse dans le volume de cette dernière et se répartie uniformément sur toute la surface au contact de la feuille électriquement isolante 6 qui est traversée par un flux calorique de faible densité. La chaleur ayant traversé les feuilles électriquement isolantes 5 et 6 se diffuse dans la plaque 1 du radiateur puis dans ses ailettes 2 qui la transfère au flux d'air de refroidissement. Les feuilles électriquement isolantes 5 et 6 permettent d'isoler électriquement le radiateur 1 des faces du bottier plat 7 de semi-conducteur et, par conséquent de le laisser hors tension ainsi d'ailleurs que le capot 11 qui assure une mise hors d'atteinte et hors poussières du bottier 7 et de-ses connexions électriques. Elles sont constituées d'un matériau aussi bon conducteur de la chaleur que possible par exemple de l'alumine ou de la céramique en plaque aussi mince que possible compte tenu de l'isolement électrique à réaliser. Elles peuvent être collées à la plaque 1 du radiateur ou maintenues contre celle-ci par les semelles diffuseuses de chaleur 3 et 4 fixées à la paroi par des vis ou des rivets électriquement isolés. Le caloduc 8 est constitué par deux tubes de préférence en cuivre ou en aluminium hermétiquement fermés aux deux extrémités, munis intérieurement d'un dispositif ou d'un revêtement ayant de bonnes propriétés capillaire et remplis d'un fluide de travail volatil partiellement à l'état liquide. Ces deux tubes sont disposés avec leurs axes voisins de la verticale et légèrement coudés en S pour prendre en compte le désalignement existant entre l'étrier 8 et la semelle supérieure 4 notamment lorsque cette dernière a meme épaisseur que la semelle diffuseuse de chaleur 3. Ils sont en outre pourvus d'ondulation annulaires leur conférant une souplesse suffisante pour autoriser le démontage du bottier 7 de semi-conducteur sans autre opération qu'un simple desserrage des vis 9. Le radiateur 1 est de préférence en aluminium extrudé. On peut, sans sortir du cadre de l'invention, modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. On peut notamment réaliser d'une seule pièce les feuilles électriquement isolantes 5 et 6 et remplacer les ailettes 2 du radiateur 1 par une autre disposition permettant comme elles d'augmenter la. surface d'échange thermique entre la plaque 1 et le flux d'air de refroidissement. On peut également utiliser le même radiateur pour refroidir plusieurs bottiers de semi-conducteur, chaque bottier étant fixé par un étrier individuel au dos du radiateur et possédant son propre caloduc. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de refroidissement pour semi-conducteur en bottier plat (7) comportant un radiateur (1) au dos duquel le bottier (7) est pressé par l'une de ses faces et un pont thermique reliant l'autre face du bottier (7) caractérisé en ce que ledit pont thermique comporte un étrier diffuseur de chaleur (8) plaquant le bottier (7) contre le dos du radiateur (1) et un caloduc (10) formé d'au moins un tube déformable étanche, rempli d'un fluide volatil partiellement à l'état liquide ayant une extrémité inférieure raccordée thermiquement à l'étrier (8) et une extrémité supérieure raccordée thermiquement au radiateur (1). 2/ Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube déformable est pourvu d'ondulations annulaires lui conférant de la souplesse. 3/ Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube est en cuivre ou en aluminium. 4/ Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le caloduc (10) comporte deux tubes déformables placés côte à côte. 5/ Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre deux semelles métalliques (3 et 4) plaquées l'une au dessus de l'autre au dos du radiateur 1 tout en étant électriquement isolées de ce dernier et intercalées, l'une la semelle inférieure (3) devant le bottier (7) du semi-conducteur et l'autre la semelle supérieure (4) devant l'extrémité supérieure du caloduc (8). 6/ Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux semelles métalliques (3 et 4) sont isolées électriquement du radiateur (1) au moyen de feuilles d'alumine ou de céramique (5 et 6). 7/ Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capot (11) se fixant au dos du radiateur par dessus le bottier (7) de semi-oonduc- teur et de ses connexions qu'il met hors d'atteinte et hors poussières.