Brevet FR2605829A1 — publié le 19880429

Module thermoconducteur pour extraire localement la chaleur d'un composant électrique, notamment dans une installation de cartes de circuits imprimés, et installation de cartes de circuits imprimés munie de tels modules. La présente invention concerne les armoires, les bottiers et autres enceintes pour loger des tiroirs ou des châssis supportant des cartes de circuits imprimés et/ou des modules supportant d'autres composants électriques. Une armoire ou autre enceinte comprenant des tiroirs ou des chassis de support de cartes et/ou des modules sera désignée ci-après, pour des raisons de commodité, par l'expression "installation de cartes de circuits du type décrit". La mise au point des puces de silicium s'est traduite par une augmentation importante de la densité des composants dans les cartes et/ou les modules individuels d'une installation de cartes de circuits du type décrit et l'augmentation de la densité des composants de chaque carte et/ou module de l'installation se traduit par une puissance de sortie plus grande et, par conséquent, par des températures de fonctionnement plus élevées. Les procédés classiques de réglage de la température dans l'enceinte d'une installation de cartes de circuits du type décrit comprennent des procédés faisant appel à une convection normale, à une convection forcée, par exemple un refroidissement à l'aide d'un ventilateur, un refroidissement à l'aide d'un liquide, à l'aide de diverses formes de conducteurs de chaleur ou de pièges à chaleur, et à une combinaison de deux ou plus de deux de ces procédés. Là o l'on s'est aperçu qu'une proportion importante de la chaleur est dégagée par un composant électrique individuel particulier à l'intérieur d'une installation de cartes de circuits de type décrit, on a proposé d'assurer un refroidissement local de ce composant individuel, par exemple en dirigeant un fluide de refroidissement sous pression sur ce composant individuel et/ou en extrayant localement la chaleur de ce composant individuel, par exemple au moyen d'un module thermoconducteur. Dans un agencement proposé pour extraire localement la chaleur d'un composant électrique individuel d'une installation de cartes de circuits du type décrit, on interpose thermiquement entre le composant et un conducteur thermique, en vue de transférer la chaleur extraite vers l'environnement à l'extérieur de l'enceinte de l'installation, un module thermoconducteur comprenant un enveloppe tubulaire, qui est formée d'un métal, d'un alliage métallique ou d'une autre matière de forte conductibilité thermique et qui est fermée à l'une de ses extrémités, et un piston que pousse un ressort et qui est formé d'un métal ou d'un alliage métallique de forte conductibilité thermique et est monté de façon coulissante dans l'enveloppe tubulaire dont il fait saillie. L'extrémité fermée de l'enveloppe tubulaire du module est placée en contact thermique avec le conducteur thermique et la face terminale exposée, c'est-à-dire découverte, du piston est poussée par le ressort associé à ce piston de manière à venir en contact thermique avec le composant individuel duquel la chaleur doit être extraite, de sorte que la chaleur dégagée par le composant est transférée par l'intermédiaire du piston et de l'enveloppe tubulaire dans le conducteur thermique d'o elle est acheminée vers l'environnement avoisinant. On comprendra, qu'à moins que les surfaces en contact du composant et de la face terminale découverte du piston soient chacune sensiblement plates - et dans la plupart des cas les composants n'ont pas une surface sensiblement plate - l'efficacité du transfert de la chaleur du composant vers le piston poussé par un ressort n'est pas satisfaisante avec, pour conséquence, qu'une proportion indésirable de chaleur dégagée par le composant n'est pas extraite par le module thermoconducteur. Un objet de la présente invention est de concevoir, en vue de son utilisation dans une installation de cartes de circuits du type décrit, un module thermoconducteur perfectionné destiné à extraire localement la chaleur d'un composant électrique individuel de cette installation. Le module thermoconducteur perfectionné selon la présente invention comprend: une enveloppe tubulaire qui est formée d'un métal, d'un alliage métallique ou autre matière de forte conducti- bilité thermique et qui est fermée à l'une de ses extrémités; un O10 moyen à ladite extrémité fermée de l'enveloppe tubulaire pour fixer cette enveloppe à un conducteur thermique et établir un contact thermique 'avec ce dernier; un piston qui est poussé par un ressort et qui est formé d'un métal, d'un alliage métallique ou autre matière de forte conductibilité thermique et est monté de façon coulissante dans l'enveloppe tubulaire dont il fait saillie, ce piston comportant au moins un trou traversant s'étendant à travers ce piston et débouchant dans la face terminale découverte de ce dernier; et, contenu dans l'alésage fermé de l'enveloppe tubulaire, un agent analogue à une graisse et de forte conductibilité thermique, l'agencement étant tel que, lorsque l'enveloppe tubulaire est fixée au conducteur thermique et se trouve en contact thermique avec ce dernier et la face terminale découverte du piston est amenée en contact. thermique avec un composant électrique dont la chaleur doit être extraite, le piston est poussé à l'encontre de l'action de son ressort associé et ledit milieu analogue à une graise suinte par le ou les trous traversants débouchant dans la face terminale du piston et s'écoule entre ladite face terminale découverte et le composant électrique pour assurer un contact thermique efficace entre ce composant électrique et la face terminale découverte du piston. Le piston peut comporter un seul trou traversant et disposé centralement par rapport à la face d'extrémité découverte du piston ou bien il peut comporter une pluralité de trous traversants espacés circonférentiellement autour de l'axe longitudinal central du piston. La face terminale découverte du piston est, de préférence, sensiblement plate et se trouve, de préférence également, dans un plan radial par rapport à l'axe longitudinal du piston. De préférence, la partie terminale du piston située à l'opposé de ladite face terminale découverte comporte un évidement dans lequel débouche le ou les trous traversants et qui sert de siège pour un ressort hélico!dal maintenu entre le piston et la paroi terminale fermée de l'enveloppe tubulaire. La face terminale découverte de l'extrémité fermée de l'enve- loppe tubulaire est de préférence sensiblement plate et se trouve, de préférence également, dans un plan radial par rapport à l'axe longitudinal de l'enveloppe. Le moyen utilisé pour fixer l'enveloppe tubulaire au conducteur thermique et pour établir un contact thermique avec ce dernier peut se présenter sous n'importe quelle forme appropriée mais il comprend, de préférence, un goujon fileté extérieurement qui fait saillie de l'extrémité fermée de l'enveloppe tubulaire et qui peut soit être vissé dans un trou taraudé formé dans le conducteur thermique ou traverser une ouverture dans le conducteur thermique et être fixé à ce dernier au moyen d'un écrou. Dans un variante, l'extrémité fermée de l'enveloppe tubulaire peut comporter un trou taraudé dans lequel une vis, traversant une ouverture ménagee dans un conducteur thermique, peut être vissée pour fixer le module thermoconducteur au conducteur thermique et établir un contact thermique avec ce dernier. L'agent analogue à une graisse de forte conductibilité thermi- que, contenu dans l'enveloppe tubulaire, peut être n'importe quelle graisse appropriée ayant les propriétés voulues de conduction de la chaleur. La demanderesse préfère utiliser, à cette fin, un composé non fluable ou ne s'écoulant pas sous l'effet de la chaleur, exempt de silicone. L'enveloppe tubulaire et le piston peuvent être formés de n'importe quel métal ou alliage métallique de forte conductibilité thermique. Les métaux, les alliages métalliques et autres matières préférées dont ces éléments sont constitués comprennent des alliages à base d'aluminium, les alliages à base de cuivre et les oxydes métalliques non conducteurs de l'électricité. Ce module thermoconducteur perfectionné a pour avantage impor- tant qu'en plus d'assurer un bon contact thermique entre un composant électrique dont la chaleur peut être extraite et la face terminale découverte du piston, l'agent analogue à une graisse de forte conductibilité thermique améliore également le contact thermique entre le piston et l'enveloppe tubulaire dans laquelle le piston est monté de façon coulissante et assure ainsi la présence d'un meilleur trajet conducteur pour la chaleur depuis le composant électrique jusqu'au conducteur thermique auquel est fixé le module. Le module thermoconducteur de la présente invention est simple et peu coûteux et peut être facilement fixé à un conducteur thermique d'une installation de cartes de circuits du type- décrit pour l'extraction de la chaleur de n'importe quel composant électrique individuel voulu de cette installation. L'invention comprend aussi, dans une installation de cartes de circuits du type décrit, au moins un module thermoconducteur perfectionné tel que décrit ci-dessus qui est interposé thermiquement entre un composant électrique de l'installation et un conducteur thermique. On va maintenant décrire de façon plus compléte, à titre purement illustratif et non limitatif, un module thermoconducteur préféré destiné à extraire localement la chaleur d'un composant électrique individuel d'une installation de cartes de circuits du type décrit en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue latérale en coupe du module thermo- conducteur préféré; et la figure 2 est une vue de c8té partielle d'une installation de cartes de circuits du type décrit montrant la façon selon laquelle deux modules thermoconducteurs tels que celui représenté sur la figure 1 sont utilisés pour extraire la chaleur de deux composants électriques de l'installation. En se référant à la figure 1, on voit que le module thermo- conducteur préféré comprend une enveloppe tubulaire 1 formée d'un alliage métallique de forte conductibilité thermique et qui est fermé à une de ses extrémités à savoir l'extrémité 2. Dans l'alésage 3 de l'enveloppe tubulaire 1 est monté de façon coulissante un piston 4 en alliage métallique de conductibilité thermique élevée qui fait saillie de l'alésage 3 et qui est poussé vers l'extrémité ouverte de l'enveloppe tubulaire par un ressort hélicoïdal 6 maintenu entre la paroi d'extrémité fermée 2 de l'enveloppe tubulaire et la paroi d'extrémité d'un évidement 5 ménagé dans la partie terminale voisine du piston. Le piston 4 est retenu dans l'alésage 3 de l'enveloppe tubulaire 1 par une lèvre périphérique continue 7 située à l'extrémité ouverte de l'enveloppe. A travers le piston 4 s'étend un trou traversant unique 8 qui débouche dans la face terminale découverte 9 du piston et qui est situé centralement par rapport à cette face terminale découverte. La face terminale découverte 9 du piston 4 est sensiblement plate et se trouve dans un plan radial par rapport à l'axe longitudinal du piston. Un agent 10, analogue à une graisse, présentant une conductibilité thermique élevée, est contenu dans l'alésage 3 de l'enveloppe tubulaire 1. La face terminale découverte de l'extrémité fermée 2 de l'enveloppe tubulaire 1 est sensiblement plate et se trouve dans un plan radial par rapport à l'axe longitudinal de l'enveloppe, et l'extrémité fermée dans l'enveloppe comporte un trou taraudé 11 dans lequel est vissé un goujon 12 qui est fileté extérieurement et qui fait saillie de l'extrémité fermée de l'enveloppe. Dans la vue latérale partielle d'une installation de cartes de circuits imprimés du type représenté sur la figure 2, une carte 20 de circuit imprimé comporte deux composants électriques individuels 21 et 22 montés sur le circuit imprimé de la carte et reliés électrique- ment à ce circuit, et à cette carte de circuit imprimé est associé un conducteur thermique 24 qui est en contact thermique avec des ailettes 25 espacées les unes des autres et destinées à transférer la chaleur du conducteur vers l'air environnant. A chaque composant électrique individuel 21 et 22 est associé un module thermoconducteur 26 tel que représenté sur la figure 1. L'enveloppe tubulaire 1 de chaque module thermoconducteur 26 est fixée au conducteur thermique 24 et est en contact thermique avec ce conducteur au moyen du goujon fileté 12 qui traverse un trou ménagé dans le conducteur thermique et qui est vissé à ce dernier par un écrou 14. La face terminale découverte 9 du piston 4 de chaque module thermoconducteur 26 est en contact thermique avec son composant électrique associé 21, 22 duquel est extrait la chaleur. Le piston 4 est poussé à l'encontre de l'action de son ressort hélicoïdal associé 6 et l'agent 10 analogue à une graisse sort par le trou traversant 8 qui débouche dans la face terminale exposée 9 puis suinte entre la face d'extrémité exposée et le composant électrique 21, 22 de manière à assurer un contact thermique efficace entre le composant électrique et la face terminale découverte du piston. Du fait que l'agent de forte conductibilité thermique, analogue à une graisse, remplit sensiblement tout espace compris entre les surfaces en contact de butée du composant électrique 21, 22 et de la face terminale découverte 9 du piston 4, le transfert de chaleur depuis le composant vers le piston poussé par le ressort et, de là, par l'intermédiaire de l'enveloppe tubulaire 1 vers le conducteur thermique 24 s'effectue avec une grande efficacité. REVENDICATIONS 1. Module thermoconducteur (26) pour extraire localement la chaleur d'un composant électrique individuel (21, 22) d'une instal- lation de cartes de circuits imprimés, ce module comprenant: une enveloppe tubulaire (1) qui est formée d'un métal, d'un alliage métallique ou autre matière de forte conductibilité thermique et qui est fermée à une (2) de ses extrémités; un moyen (12) à ladite extrémité fermée de l'enveloppe tubulaire pour fixer cette enveloppe à un conducteur thermique et établir un contact thermique avec ce dernier; un piston (4) en métal, en alliage métallique ou autre matériau de forte conductibilité qui est monté de façon coulissante dans l'enveloppe tubulaire et fait saillie de cette enveloppe et un moyen élastique (6) poussant le piston dans une direction l'éloignant de l'extrémité fermée de l'enveloppe tubulaire afin que, pendant l'utilisation, la face terminale découverte ou exposée (9) du piston soit poussée de manière à venir en contact thermique avec un composant électrique dont la chaleur doit être extraite, caractérisé en ce que l'alésage (3) de l'enveloppe tubulaire, entre le piston et l'extrémité fermée de cette enveloppe tubulaire, contient un agent (10) analogue à une graisse ayant une conductibilité thermique élevée et que le piston comporte au moins un trou traversant (8) qui s'étend à travers la face terminale découverte du piston et débouche dans cette face et à partir duquel l'agent analogue à une graisse suinte sur la face terminale découverte du piston et s'écoule entre cette face terminale découverte et le composant électrique pour assurer un contact thermique efficace entre ce composant électrique et la face terminale découverte du piston. 2. Module thermoconducteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le piston (4) comporte un trou traversant unique (8) qui est placé centralemenet par rapport à la face terminale découverte (9) du piston. 3. Module thermoconducteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le piston comporte une pluralité de trous traversants espacés circonférentiellement autour de l'axe longitudinal central du piston. 4. Module thermoconducteur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par le fait que la face terminale découverte du piston est sensiblement plate. 5. Module thermoconducteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la face terminale découverte sensiblement plate du piston se trouve dans un plan radial par rapport à l'axe longitudinal du piston. 6. Module thermoconducteur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par le fait que la partie terminale du piston (4) située à l'opposé de la face terminale découverte (9) comporte un évidement (11) dans lequel le trou, traversant ou chaque trou traversant (8) débouche et qui sert de siège à un ressort hélicoïdal (6) retenu entre le piston et l'extrémité fermée (2) de l'enveloppe tubulaire et constituant la charge élastique exercée sur le piston. 7. Module thermoconducteur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par le fait que la face terminale découverte de l'extrémité fermée (2) de l'enveloppe tubulaire est sensiblement plate. 8. Module thermoconducteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la face terminale découverte sensiblement plate de l'extrémité fermée de l'enveloppe tubulaire se trouve dans un plan radial par rapport à l'axe longitudinal de l'enveloppe. 9. Module thermoconducteur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par le fait que le moyen servant à fixer l'enveloppe tubulaire au conducteur thermique et à établir un contact thermique avec ce dernier comprend un goujon (12) fileté extérieurement et faisant saillie de l'extrémité fermée de l'enveloppe tubulaire. 10. Module thermoconducteur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé par le fait que le moyen servant à fixer l'enveloppe tubulaire au conducteur thermique et à établir un contact thermique avec ce dernier comprend un trou taraudé qui est usiné dans l'extrémité fermée de l'enveloppe tubulaire et dans lequel une vis, traversant une ouverture ménagée dans le conducteur thermique, peut être vissée. 11. Module thermoconducteur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par le fait que l'agent analogue à une graisse qui a une forte conductibilité thermique et qui est contenu dans l'enveloppe tubulaire est un composé exempt de silicone et non fluable. 12. Installation à cartes à circuits comprenant au moins un module thermoconducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, ce module étant interposé thermiquement entre un composant électrique de l'installation et un conducteur thermique.