Brevet FR2654890A1 — publié le 19910524

L'invention a pour objet un dispositif de dissipation de la puissance thermique de composants électroniques portés par une carte de circuits imprimés. On sait que l'évacuation de la puissance thermique des composants constitue un problème lorsque de nombreuses cartes sont disposées parallèlement les unes aux autres dans des paniers ou tiroirs. La solution classique qui consiste à faire circuler de l'air entre les cartes se révèle souvent insuffisante, même lorsqu'on prévoit un ventilateur pour augmenter la vitesse de la veine d'air. Au surplus, cette solution ne permet pas un refroidissement homogène de toutes les cartes contenues dans des paniers empilés les uns au-dessus des autres dans une même baie : en effet, du fait que l'air s'échauffe progressivement en passant du panier le plus bas au panier le plus haut, les cartes contenues dans le panier haut sont moins refroidies que les autres. Pour améliorer le refroidissement des cartes, on a déjà proposé un dispositif comprenant une plaque métallique constituant un drain thermique, placée parallèlement à la carte, en liaison thermique avec les composants et dont un bord au moins est relié à une paroi froide par un connecteur thermique. Une solution de ce genre est par exemple décrite dans le document FR-A-2 514 601. Mais ce dispositif connu ne résout pas le problème de la transmission de chaleur des composants vers la plaque métallique. L'interposition d'une pâte ou d'une graisse conductrice entre chaque composant et le drain thermique ne constitue qu'un palliatif peu satisfaisant, du fait notamment de la consistance pâteuse ou visqueuse du matériau de transfert thermique. L'invention vise notamment à fournir un dispositif de dissipation du type ci-dessus répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il garantit un transfert thermique satisfaisant entre les composants et la plaque métallique et permet un réglage, extrêmement précis si nécessaire, de la température des composants. Dans ce but l'invention propose notamment un dispositif dont la plaque est reliée thermiquement aux composants par une lame intercalaire de matériau moulé, thermiquement conducteur et électriquement isolant dont une grande face est en contact avec la plaque et dont l'autre grande face présente une forme telle qu'elle emboîte les composants. La présente invention propose également un procédé permettant de réaliser un tel dispositif de dissipation, suivant lequel on réalise, par thermoformage d'une feuille mince, un moule recopiant la forme des composants portés par la carte, et on moule la lame intercalaire de matériau en utilisant le moule thermoformé. En utilisant une feuille mince pour constituer le moule, on obtient une lame intercalaire qui emboîte de façon précise les composants et garantit un excellent contact thermique du fond des alvéoles qu'elle comporte avec ces derniers. Le matériau peut notamment être constitué par une résine polymérisable du commerce, modifiée par adjonction de charges qui lui donnent une rigidité suffisante et augmentent sa conductivité thermique. Dans la pratique, il est souhaitable de donner à la résine une conductivité thermique d'au moins 5W(m)1.( C)l. On peut obtenir notamment ce résultat en utilisant un matériau constitué par une résine du genre vendu sous la marque "Stycast" contenant au moins 50 * en volume de charges telles que de la poudre d'aluminium. Si cela est nécessaire, par exemple pour augmenter encore les transferts thermiques pour des composants très dissipatifs, les alvéoles destinés à recevoir les composants en question peuvent être enduits de graisse ou pâte thermiquement conductrice et électriquement isolante de nature connue. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Figure 1 est un schéma de principe montrant un dispositif de dissipation thermique pour carte de circuits imprimés, en coupe suivant un plan perpendiculaire à la carte - la Figure 2 est une vue en coupe montrant schématiquement un connecteur thermique utilisable pour relier le drain thermique du dispositif de la Figure 1 à une paroi refroidie - les Figures 3A à 3C montrent les phases successives de fabrication de la lame intercalaire d'un dispositif suivant la Figure 1. Le dispositif montré schématiquement en Figures 1 et 2 est destiné à évacuer la chaleur dégagée par des composants 12 portés par une carte de circuits imprimés 10 vers des parois refroidies 13 qui seront généralement les flancs d'un panier ou d'un tiroir contenant plusieurs cartes disposées côte-à-côte. La carte 10 montrée en Figure 1 est munie d'un connecteur électrique 14 de raccordement avec un connecteur complémentaire porté par le fond du panier ou du tiroir et d'un identificateur 16 à l'avant. Le dispositif comporte une plaque 18 en matériau bon conducteur de la chaleur, généralement métallique, qui constitue un drain thermique. Cette plaque 18 est disposée parallèlement à la carte 10 et à une distance de cette dernière supérieure à la saillie maximum que présentent les composants 12. La plaque 18 est reliée thermiquement aux composants par une lame intercalaire 20 en matériau moulé, électriquement isolant, ayant une conductivité thermique aussi élevée que possible. L'une des grandes faces de la lame intercalaire est en contact avec la plaque 18 sur toute sa surface. L'autre grande face de la lame intercalaire 20 présente une forme telle qu'elle emboîte les composants 12 de façon étroite.La lame intercalaire est généralement en matériau moulé, thermoplastique ou thermodurcissable ; on peut notamment utiiser une résine synthétique isolante polymérisable à froid contenant des charges améliorant sa conductivité thermique ; les résines époxy, polyester ou polyamide chargées donnent des résultats satisfaisants. Les charges peuvent notamment être de la poudre d'aluminium, à une teneur volumique voisine de 50 %. Pour améliorer encore le contact thermique entre les composants 12 les plus dissipatifs et le fond des alvéoles de la lame intercalaire qui les contiennent, le fond de ces alvéoles peut être enduit de graisse électriquement isolante. Dans le cas où la carte porte des composants sur ses deux faces ou dans le cas où la puissance thermique à dissiper le rend nécessaire, une plaque métallique constituant drain thermique peut être prévue de chaque côté de la carte 10. La plaque ou l'une au moins des plaques est reliée aux flancs du panneau ou tiroir qui contient la carte par des connecteurs thermiques qui peuvent avoir diverses dispositions connues ou la disposition montrée schématiquement en Figure 2. La plaque 18 est plus large que la carte de circuits imprimés 10 et s'engage dans une rainure 22 de chaque paroi refroidie 13. La rainure représentée présente un flanc orthogonal à la paroi, contre lequel s'appuie la plaque 18, et un flanc oblique constituant une rampe de glissement d'un coin 24 sous l'action d'une came 26, par exemple en forme de rouleau excentré dont l'axe est porté par des lames élastiques, qui permet d'enfoncer le coin dans le sens de la flèche f. Le pincement des bords de la plaque 18 entre la paroi de la rainure 22 et le coin 24 garantit un bon contact thermique. Les parois 13 peuvent être refroidies par divers dispositifs connus, par exemple par circulation d'un fluide réfrigérant dans l'épaisseur de la paroi, par une veine d'air (la surface externe de la paroi étant alors avantageusement munie d'ailettes) ou par un refroidisseur à effet Peltier. Le dispositif associé à une carte 10 pour évacuer la chaleur peut être fabrique de la façon suivante. Au cours d'une première étape, on réalise un moule reproduisant la forme des composants 12 par thermoformage d'une feuille mince, suivant une technique qui est l'une de celles bien connues. On place pour cela une feuille mince 28 (en général ayant moins d'l mm d'epaisseur) de matériau thermoformable sur les composants 12 et on dispose l'ensemble dans un appareil classique permettant d'appliquer la feuille sur les composants en mettant en dépression l'espace au-dessous de la carte 10. La feuille 28 se déforme alors pour envelopper les composants, comme le montre la Figure 3A. Le matériau constitutif de la feuille 28 doit être choisi de façon qu'il puisse être mis en forme à une température supportable par les composants et les circuits imprimés. Au cours d'une seconde étape (Figure 3B), on moule la lame intercalaire 20 dans l'espace délimité par la feuille 28 mise en forme et la plaque métallique 18 constituant drain thermique. La résine chargée utilisée pour constituer la lame intercalaire doit se solidifier à une température suffisamment basse pour ne pas déformer la feuille 28. On utilisera en général une résine polymérisable à froid par un catalyseur. Enfin, au cours d'une troisième étape, on sépare le sous-ensemble constitué de la plaque 18 et de la lame intercalaire 20 du reste, on enlève la feuille 28 et on emboîte le sous-ensemble sur la carte 10 munie de ses composants 12. Du fait que l'épaisseur de la feuille 28 était partout la même, le fond des alvéoles formés dans la lame intercalaire 20 correspond à la saillie des composants 12, ce qui assure un bon contact. Par contre, un jeu subsiste entre les côtés des composants et les faces latérales des alvéoles, mais ces jeux ne representent pas un inconvénient sérieux, du fait qu'ils ne sont présents que sur une fraction faible du pourtour des composants (Figure 3C). On voit que le procédé permet, du fait qu'il assure un excellent transfert de la chaleur vers les parois froides dont la température peut être régulée sans difficulté, de maîtriser parfaitement, pratiquement au degré près, la température des composants électroniques. On peut donc faire fonctionner ces derniers à la température qui donne la meilleure fiabilité possible. De plus, les cartes 10 sont rigidifiées par le drain thermique et ont une tenue aux vibrations nettement supérieure à celle des cartes montées dans un panier et retenues par des glissières classiques. Les plaques 18 constituent un blindage électromagnétique évitant les perturbations sur une carte provoquées par les cartes adjacentes ou l'environnement extérieur et réduisent également le rayonnement des cartes vers l'extérieur. Souvent, la mise en oeuvre de l'invention permettra d'utiliser des cartes non "durcies" pour des utilisations dans des environnements sévères, du point de vue thermique, mécanique et/ou électromagnétique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de dissipation de la puissance thermique de composants électroniques portés par une carte de circuits imprimés (10), comprenant une plaque métallique (18) constituant un drain thermique, placée parallèlement à la carte (10) en liaison thermique avec les composants (12) et dont un bord au moins est relié à une paroi froide par un connecteur thermique, caractérisé en ce que la plaque (18) est reliée thermiquement aux composants par une lame intercalaire (20) de matériau moulé, thermiquement conducteur et électriquement isolant dont une grande face est en contact avec la plaque et dont l'autre grande face présente une forme telle qu'elle emboîte les composants. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau constitutif de la lame intercalaire (20) est une résine polymérisable contenant des charges conductrices de la chaleur. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque (18) déborde latéralement de la lame intercalaire et de la carte et en ce que ses bords sont maintenus en contact avec les flancs métalliques (13) d'un panier ou d'un tiroir par des connecteurs. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que des alvéoles de la lame intercalaire sont enduits de graisse ou de pâte thermiquement conductrice et électriquement isolante destinée à améliorer les transferts thermiques avec les composants correspondants. 5. Procédé de fabrication d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on surmoule la face ou une face de la carte de circuits imprimés portant des composants (12) à l'aide d'une feuille (28) de matériau thermofo mable, en ce que qu'on surmoule la lame intercalaire sur ladite feuille, et en ce que l'on retire la feuille thermoformée pour appliquer directement les lames intercalaires sur les composants. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on constitue la lame intercalaire en résine polymérisable à froid contenant des charges. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on constitue la lame en résine à laquelle on adjoint une teneur de charge voisine de 50 % en volume du total.