Brevet FR2680441A1 — publié le 19930219

Procédé de fabrication d'un module de circuits électroniques à refroidissement par conduction thermique et module correspondant L'invention se rapporte à la fabrication d'un module de circuits électroniques à refroidissement par conduction thermique. On connaît l'usage des ventilateurs pour évacuer la chaleur des cartes électroniques. Cependant, le refroidissement par convection n'est pas toujours satisfaisant ou possible. En effet, l'air ventilé peut ne pas être souhaitable ou réalisable dans des environnements particuliers tels que ceux à faible volume ou à hauts risques. De plus, l'intégration des composants aidant, il peut être insuffisant. Il est connu également de munir les cartes électroniques d'un drain thermique et de les refroidir par conduction thermique. Cette technologie est séduisante par sa meilleure compacité, mais elle présente l'inconvénient de nécessiter une connexion du drain thermique dès la conception de la carte électronique. De plus, la forme et l'efficacité du drain thermique sont dépendantes de la densité des circuits électroniques. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'un module de circuits électroniques à refroidissement par conduction thermique dont la mise en oeuvre est facile et peu onéreuse tout en conférant une bonne dissipation thermique. Encore un autre but de l'invention est de fournir un module de circuits électroniques dont le refroidissement par conduction thermique est indépendant de la structure du module et susceptible d'être mis en oeuvre postérieurement à la conception dudit module. Enfin, un autre but de 1 invention est de fournir un module de circuits électroniques à refroidissement par conduction thermique dont la réparation en cas de panne est facile et non destructive à l'égard des circuits électroniques. L'invention porte sur un procédé de fabrication d'un module de circuits électroniques. Selon une définition générale de l'invention, le procédé comporte les étapes suivantes a) prévoir une carte de circuits électroniques b) insérer la carte dans une poche d'un matériau continu, mince, souple, résistant au poinçonnement, et étirable sans déchirement, et plaquer ladite poche sur les circuits électroniques c) placer la carte ainsi revêtue dans le boîtier du module d) remplir l'espace ménagé entre la carte ainsi placée et l'enveloppe interne du boîtier d'un mélange polymérisable en une masse susceptible de conduire la chaleur ; et e) polymériser le mélange pour refroidir par conduction thermique les circuits électroniques. L'invention a également pour objet un module de circuits électroniques comprenant un boîtier logeant au moins une carte de circuits électroniques. Selon une caractéristique importante de l'invention, la carte est revêtue d'un matériau continu, mince, souple, résistant au poinçonnement, et étirable sans déchirement, et l'espace ménagé entre la carte et l'enveloppe interne du boîtier est rempli d'un mélange polymérisé en une masse susceptible de conduire la chaleur pour refroidir par conduction thermique les circuits électroniques. Avantageusement, le matériau de la poche est en outre antiadhérent. De préférence, le matériau de la poche est compatible avec le matériau du mélange. En pratique, le matériau de la poche est choisi dans le groupe constitué par les polyoléfines, polyamides, caoutchoucs. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le mélange comprend une résine synthétique choisie dans le groupe constitué par les caoutchoucs siliconés, résines polyuréthannes et des particules solides conductrices de la chaleur. Avantageusement, les particules solides conductrices de la chaleur sont choisies dans le groupe constitué par les oxydes métalliques, en particulier l'alumine. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée ci-après et des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'une carte de circuits électroniques - la figure 2 est une vue en coupe selon A-A de la carte décrite en référence à la figure 1 - la figure 3 illustre l'insertion de la carte dans une poche d'un matériau choisi et le placage de ladite poche sur les circuits électroniques ; et - la figure 4 illustre le remplissage de l'espace ménagé entre la carte et l'enveloppe interne du boîtier d'un mélange polymérisable selon l'invention. Sur la figure 1, est représentée une carte de circuits électroniques 10. Cette carte électronique, au format standard par exemple, est constituée d'une carte ou circuit imprimé isolant 11 présentant des première et seconde surfaces 12 et 13. Sur la surface 12, sont soudés des composants électroniques 14, 15 et 16 tels que des transistors, des circuits intégrés, des circuits à intégration à grande échelle ou des dispositifs électroniques semi-conducteurs similaires. Par exemple, les pattes 18 des composants électroniques traversent l'épaisseur du circuit imprimé 11 pour être soudées aux pastilles intérieures conductrices ou pastilles de raccordement 17 disposées sur la surface 13 (figure 2). Actuellement, de tels composants électroniques sont montés de plus en plus d'une façon très dense sur le circuit imprimé. Un composant en semi-conducteur ayant une surface de quelques millimètres carrés peut dissiper une puissance élevée pouvant aller jusqu'à 10 watts. Il est donc nécessaire d'évacuer la chaleur émanant de tels composants. On va maintenant décrire le procédé de fabrication d'un module de circuits électroniques à refroidissement par conduction thermique selon l'invention. Comme représenté sur la figure 3, la carte de circuits électroniques décrite en référence aux figures 1 et 2 est insérée dans une poche 20 d'un matériau choisi dont on détaillera plus en détail les caractéristiques. La poche est par exemple sous la forme d'un sac présentant une ouverture à l'intérieur de laquelle est insérée la carte. La poche 20 est ensuite plaquée sur les circuits électroniques 14, 15, 16. Par exemple le placage peut être obtenu par la fermeture de la poche et l'application d'un tube à l'extrémité de la poche pour faire le vide. Le placement de la carte dans le boîtier peut être suivi d'un montage ou d'un assemblage amovible du type vis/écrou ou clipsage. Conformément à la figure 4, la carte ainsi revêtue est placée dans un boîtier métallique 22. Selon l'invention, il est prévu alors de remplir l'espace ménagé entre la carte 10 ainsi placée et l'enveloppe interne du boîtier 22 d'un mélange polymérisable 24 choisi dont on détaillera plus en détail les caractéristiques en une masse susceptible de conduire la chaleur. Enfin, il est prévu de polymériser le mélange pour refroidir par conduction les circuits électroniques. Avant de détailler le choix de la poche et du mélange, il est à noter que l'opération de remplissage de l'espace ménagé entre la carte et l'enveloppe interne du boîtier peut nécessiter une opération d'étanchéité du boîtier. Plus précisément, il peut être prévu de boucher les trous du boîtier et d'apposer des couvercles pour rendre sensiblement étanche le boîtier ainsi constitué. En corollaire, une fois que la polymérisation de mélange est effectuée, il est nécessaire de retirer et de déboucher respectivement les couvercles et trous pour rendre opérationnelle la carte. Comme on le verra plus en détail ci-après, le choix du matériau de la poche et du mélange sera aussi guidé pour permettre un démontage du module en vue d'une réparation facile et non destructive à l'égard des composants électroniques. Il va être maintenant décrit les caractéristiques et paramètres que doit vérifier le matériau de la poche. Selon l'invention, le matériau de la poche doit être à tout le moins continu, mince, souple, résistant au poinçonnement, et étirable sans déchirement. I1 doit être continu parce que la poche doit être plaquée sans discontinuité sur les circuits électroniques. Le caractère mince s'explique par le fait que le matériau ne doit pas présenter une résistance thermique importante. Plus précisément, l'épaisseur du matériau est par exemple de l'ordre de 30 micromètres. Le caractère souple est nécessaire car la poche doit être facilement placable sur les circuits électriques. Le matériau doit être résistant au poinçonnement dans la mesure où il doit conférer une protection des circuits électroniques malgré les manipulations ou opérations contraignantes telles que des poinçonnements. La notion d'étirable sans déchirement est ici importante dans la mesure où la poche est ensuite plaquée sur les circuits électroniques par une opération généralement sous vide à une pression de l'ordre de 30 millibars en-dessous de la pression atmosphérique. Bien entendu, la valeur de ce vide est ajustable selon la nature du matériau de la poche. De préférence, le matériau de la poche doit en outre être antiadhérent pour permettre une meilleure réparabilité des composants. Enfin, le matériau doit être compatible avec le matériau du mélange. Cette compatibilité s'exprime généralement par une bonne tenue aux températures élevées lorsque le mélange est polyméralisable à forte température. La Demanderesse a constaté que le matériau répondant à ces caractéristiques est choisi dans le groupe constitué par les polyoléfines, les polyamides, les caoutchoucs. Dans un exemple de réalisation, le matériau de la poche est du polyéthylène haute densité. Il va être maintenant décrit les caractéristiques et paramètres du mélange polymérisable en une masse susceptible de conduire la chaleur. D'une manière générale, le mélange polymérisable doit être susceptible d'être chargé et souple. L'homme de l'art sait qu'une résine synthétique de type silicone caoutchouc ou polyuréthanne répond bien aux critères de souplesse et de chargeabilité. Par exemple, il a été utilisé la résine dite RTV-2VP7676 de la Société WACKER comme résine de silicone caoutchoutée chargée. Bien entendu, il est possible d'utiliser une autre résine de silicone caoutchoutée, à laquelle est ajoutée une fine poudre de diamant ou d'oxyde métallique en particulier d'alumine, jouant le rôle de particules solides conductrices de la chaleur. I1 est à noter que la composition conductrice de la chaleur doit avoir une fluidité suffisante pour revêtir les circuits électroniques protégés par la poche décrite ci-avant. Par exemple, la composition conductrice de la chaleur peut présenter un degré de viscosité de l'ordre de 5000 à 50000 millipascals par seconde. Le critère de souplesse est bien vérifié par la résine mentionnée ci-avant qui présente une dureté comprise entre 50 à l'échelle Shore-A et 50 à l'échelle Shore-D. Typiquement, la résine 7676 a une dureté de l'ordre de 60 à l'échelle Shore-A. Il existe également une autre résine qui convient bien au procédé selon l'invention qui porte la référence 7675 et dont la dureté est supérieure à 60 à l'échelle Shore-A du duromètre. La résine doit aussi vérifier un autre critère. Ce critère est que la résine doit être sensiblement sans retrait (inférieur à 2% par exemple). La conductibilité thermique de la résine doit être maximale, par exemple 0,8 W/m k pour la résine 7676 ou 1,2 W/m k pour la résine 7675. I1 est à remarquer que le boîtier 22 est d'un matériau choisi, généralement métallique pour jouer le rôle de paroi froide. Pour évacuer la chaleur, il est prévu également de munir la paroi externe du boîtier de glissières appelées glissières thermiques par l'homme de l'art. D'autres moyens d'évacuation de la chaleur sont bien entendu envisageables. L'homme de l'art comprendra également que l'invention s'applique à tous circuits électroniques et à tout agencement de ceux-ci. Par exemple, l'invention peut s'appliquer à des agencements de cartes-mères et cartes-filles ou encore dans des agencements où il est prévu un matelas conducteur entre deux étages. I1 y a lieu de remarquer également qu'il est possible d'introduire une sonde de température dans la résine sur un point critique de celle-ci ou sur un point prédéterminé de la carte. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, mais en embrasse toutes les variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art sans sortir du cadre des revendications de l'invention. Revendications 1. Procédé de fabrication d'un module de circuits électroniques, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) prévoir une carte (10) de circuits électroniques b) insérer la carte (10) dans une poche (20) d'un matériau continu, mince, souple, résistant au poinçonnement, et étirable sans déchirement, et plaquer ladite poche sur les circuits électroniques (14,15,16) ; c) placer la carte (10) ainsi revêtue dans le boîtier (22) du module d) remplir l'espace ménagé entre la carte (10) ainsi placée et l'enveloppe interne du boîtier (22) d'un mélange (24) polymérisable en une masse susceptible de conduire la chaleur ; et e) polymériser le mélange (24) pour refroidir par conduction les circuits électroniques. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de la poche (20) est en outre anti-adhérent. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau de la poche (20) est compatible avec le matériau du mélange (24). 4. Procédé selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le matériau de la poche (20) est choisi dans le groupe constitué par les polyoléfines, polyamides, caoutchoucs. 5. Procédé selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le mélange comprend une résine synthétique choisie dans le groupe constitué par les caoutchoucs siliconés, résines polyuréthannes et des particules solides conductrices de la chaleur. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites particules solides conductrices de la chaleur sont choisies dans le groupe constitué par les oxydes métalliques en particulier l'alumine. 7. Module de circuits électroniques comprenant un boîtier logeant au moins une carte de circuits électroniques, caractérisé en ce que la carte (10) est revêtue d'un matériau continu, mince, souple, résistant au poinçonnement, et étirable sans déchirement, et en ce que l'espace ménagé entre la carte (10) et l'enveloppe interne du boîtier (22) est rempli d'un mélange (24) polymérisé en une masse susceptible de conduire la chaleur pour refroidir par conduction les circuits électroniques. 8. Module selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau de la poche (20) est en outre anti-adhérent. 9. Module selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau de la poche est compatible avec le matériau du mélange. 10. Module selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que le matériau de la poche est choisi dans le groupe constitué par les polyoléfines, polyamides, caoutchoucs. 11. Module selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le mélange (24) comprend une résine synthétique choisie dans le groupe constitué par les caoutchoucs siliconés, résines polyuréthannes et des particules solides conductrices de la chaleur. 12. Module selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdites particules solides conductrices de la chaleur sont choisies dans le groupe constitué par les oxydes métalliques en particulier l'alumine. 13. Module selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que le boîtier (22) comprend en outre des glissières externes (26) pour évacuer la chaleur.