Brevet FR2704356A1 — publié le 19941028

La présente invention conceme de façon générale un boîtier de circuit intégré dans lequel une puce de circuit intégré est enfermée de façon hermétique dans un corps de boîtier et, plus particulièrement, des améliorations apportées à un boîtier de circuit intégré en ce qui concerne sa caractéristique de dissipation de chaleur. Ces demières années, des appareils électroniques portatifs, comme par exemple des ordinateurs personnels portatifs, ont envahi le marché, pour lesquels une miniaturisation et une grande fiabilité sont nécessaires. Pour obtenir de bonnes performances de la part d'un appareil électronique du type mentionné, il est nécessaire d'utiliser une ou plusieurs puces de circuit intégré susceptibles de créer une grande quantité de chaleur. Ainsi, on demande aux boîtiers de circuit intégré d'avoir de bonnes propriétés de dissipation de chaleur. Classiquement, comme technique permettant d'améliorer les propriétés de dissipation de chaleur d'un boîtier de circuit intégré, une pratique consiste à mettre en contact étroit un boîtier de circuit intégré avec un puits thermique, ou radiateur de chaleur, qui est un corps distinct du boîtier de circuit intégré afin d'améliorer les propriétés de dissipation de chaleur à l'aide du radiateur. Toutefois, lorsque la technique antérieure faisant appel à un radiateur est adoptée, il existe une résistance thermique, qui n'est pas faible, provenant du contact entre le boîtier de circuit intégré et le radiateur, et les possibilités d'améliorer les propriétés de dissipation de chaleur du boîtier de circuit intégré sont ainsi limitées. Cest donc un but de l'invention de produire un boîtier de circuit intégré présentant, notamment, de meilleures propriétés de dissipation de chaleur. Is figure 1 est une vue qui montre une structure de base pour un boîtier de circuit intégré selon l'invention. Selon l'invention, il est produit un boîtier de circuit intégré qui comprend un corps de boîtier 1, une puce de circuit intégré 2 enfermée de façon hermétique dans le corps de boîtier 1, un fil de sortie 3 placé en une partie inférieure du corps de boîtier 1 et servant à connecter la puce de circuit intégré 2 à un circuit externe, et un moyen de soufflage d'air destiné à refroidir le corps de boîtier I par ventilation forcée, et où le corps de boîtier 1 possède, à sa partie supérieure, une région 6 de dissipation de chaleur formée d'une ailette 5 et une région 7 de soufflage d'air dans laquelle est disposé le moyen de soufflage d'air, et un conduit de ventilation 8 est formé entre la région 6 de dissipation de chaleur et la région 7 de soufflage d'air. La figure 2 est une vue servant à expliquer la technique antérieure, par opposition au boîtier de circuit intégré de la structure de base de l'invention présenté sur la figure 1, et elle montre un boîtier de circuit intégré qui comporte un corps de boîtier 11, une puce de circuit intégré 2 enfermée de façon hermétique dans le corps de boîtier 11, et un fil de sortie 3 placé en une partie inférieure du corps de boîtier 1 pour connecter la puce de circuit intégré 2 à un circuit externe, la face supérieure du boîtier de circuit intégré étant collée à la face inférieure du radiateur 12. Dans certaines circonstances, le radiateur 12 possède un moyen de refroidissement par ventilation forcée, par exemple un ventilateur. La figure 3 est un schéma de circuit équivalent du rayonnement de chaleur selon la technique antérieure présentée sur la figure 2. Le symbole de référence Tj désigne la température de jonction CC) de la puce de circuit intégré 5 Rjc la résistance thermique CCJW) entre la jonction de la puce de circuit intégré 2 et la surface du corps de boîtier 11, Rc la résistance thermique C/W) au niveau de la partie de contact entre le corps de boîtier 11 et le radiateur 12 > Rhf la résistance thermique C/W) du radiateur thermique 12, Rfa la résistance thermique C/W) entre le radiateur et l'air, et Ta est la température ambiante C). Dans ce cas, si la quantité (W) de chaleur créée par la puce de circuit intégré 2 est représentée par P, alors, la température de jonction Tj de la puce de circuit intrégé 2 est représentée par l'équation suivante: Tj = P(Rjc + Rc + Rhf + Rfa) + Ta Par conséquent, si l'on compare, entre la structure de base de l'invention et la technique antérieure de la figure 2, la température de jonction de la puce de circuit intégré 2 lorsque la température ambiante est la même, on peut alors voir que l'exemple de la technique antérieure est plus élevé d'une quantité correspondant à la température fournie par le produit (Rc.P) de la résistance thermique à la partie de contact par la quantité de chaleur créée. La résistance thermique Rc à la partie de contact est généralement de 0,3 à 0,5iC/W environ, et, lorsque la quantité de chaleur créée par la puce de circuit intégré est 20 W, la température de jonction est, pour l'exemple de la technique antérieure, supérieure de 6 à 100C. Alors qu'une pratique courante a consisté à utiliser une graisse thermiquement conductrice ou un agent liant spécial dans la partie de contact entre un corps de boîtier et un radiateur, il existe de leur part une limitation à la réduction de la résistance thermique au niveau de la partie de contact. Dans le même temps, il est affirmé que la fiabilité d'une puce de circuit intégré diminue de moitié à chaque fois que la température de jonction augmente de 10in. Par conséquent, le fait de prévoir une région 6 de dissipation de chaleur sur le corps de boîtier 1 lui-meme, comme dans l'invention, est très efficace pour abaisser la température de jonction et, ainsi, améliorer la fiabilité de la puce de circuit intégré. De plus, dans l'invention, puisque la région 7 de soufflage d'air est prévue à l'endroit de la partie supérieure du corps de boîtier 1 et que l'ailette 5 et les autres éléments se trouvant dans la région 6 de dissipation de chaleur sont refroidis par ventilation forcée via le conduit de ventilation 8 par le moyen de soufflage d'air disposé dans la région 7 de soufflage d'air, une dissipation de chaleur efficace pour la puce de circuit intégré 2 devient possible, et les propriétés de dissipation de chaleur du circuit intégré en sont fortement améliorées. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est une vue montrant une structure de base pour un boîtier de circuit intégré selon l'invention; la figure 2 est une vue explicative de la technique antérieure; la figure 3 est un schéma de circuit équivalent de la dissipation de chaleur de la figure 2; la figure 4 est une vue en perspective éclatée d'un boîtier de circuit intégré montrant un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 5 est une vue en coupe du boîtier de circuit intégré du premier mode de réalisation de l'invention; la figure 6 est une vue en coupe d'un boîtier de circuit intégré montrant un deuxième mode de réalisation de l'invention; la figure 7 est une vue en coupe d'un boîtier de circuit intégré montrant un troisième mode de réalisation de l'invention; et la figure 8 est une vue en coupe partielle d'un boîtier de circuit intégré montrant un quatrième mode de réalisation de l'invention. La figure 4 est une vue en perspective éclatée d'un boîtier de circuit intégré représentant un premier mode de réalisation de l'invention. Dans le présent mode de réalisation, un ensemble ventilateur 21 faisant fonction du moyen de soufflage d'air est fixé à une partie de montage 23 se trouvant en une partie supérieure d'un corps de boîtier 22 afin de former une région de soufflage d'air. Le corps de boîtier 22 possède une forme sensiblement carrée (lorsqu'on le regarde en plan) et comporte plusieurs ailettes de dissipation de chaleur du type tiges 24 dressées verticalement de manière à entourer la partie de montage 23 ainsi que des montants de support 25A, 25B, 25C et 25D se dressant aux quatre coins. L'ensemble ventilateur 21 est constitué d'un moteur, non représenté, possédant un arbre de rotation orienté dans la direction de l'épaisseur du corps de boîtier 22, une hélice 26 montée sur l'arbre de rotation du moteur, et une partie 27 formant un circuit d'excitation qui est destiné à exciter le moteur, et des détails portant sur ce circuit seront présentés en liaison avec un autre mode de réalisation, où un ensemble ventilateur est fixé à un couvercle. Un conduit de ventilation 28 est formé entre l'ensemble ventilateur 21 disposé sur la partie de montage 23 (région de soufflage d'air) du corps de boîtier 22 et les ailettes de dissipation de chaleur 24 (région de rayonnement de chaleur). Dans le présent mode de réalisation, la partie supérieure du corps de boîtier 22 est fermée par un couvercle 29 de manière que le soufflage de l'air par l'ensemble ventilateur 21 soit effectué efficacement. Le couvercle 29 est un élément en forme de plaque ayant sensiblement la même forme que le corps de boîtier 22 vu en plan et il comporte une ouverture 30 qui communique avec le conduit de ventilation 28 par l'intermédiaire de l'hélice 26 de l'ensemble ventilateur 21. De plus, le couvercle 29 comporte une partie saillante annulaire 31 placée un peu à l'extérieur du lieu de rotation de l'hélice 26, la partie saillante annulaire 31 limitant le conduit de ventilation 28 de façon que la différence de pression statique entre l'ouverture 30 du couvercle 29 et le conduit de ventilation 28 puisse être grande. Le couvercle 29 est fixé, à ses quatre coins, aux montants de support 25A, 25B, 25C et 25D du corps de boîtier 22 par l'intermédiaire de vis 32. Le couvercle 29 peut être fixé au corps de boîtier 22 par d'autres moyens que des vis. La figure 5 est une vue en coupe du boîtier de circuit intégré du premier mode de réalisation de l'invention, la coupe étant prise suivant la ligne A-A de la vue en perspective éclatée de la figure 4. Dans le présent mode de réalisation, le corps de boîtier 22 est formé à partir d'un corps de céramique, par exemple de l'alumine, tandis que les ailettes 24 et les éléments analogues sont moulés solidairement lors du frittage du corps céramique. La puce de circuit intégré 2 est montée de manière fixe dans une partie évidée présente sur la face arrière du corps de boîtier 22 et est connectée aux fils de sortie 3 à l'aide de fils de liaison 41 et de motifs conducteurs 42. Un couvercle 43 est placé sur la face arrière du corps de boîtier 22 afin que la puce de circuit intégré 2 soit enfermée de manière hermétique. Si l'on excite électriquement l'ensemble ventilateur 21 via des fils non représentés pour faire tourner l'hélice 26 dans un sens prédéterminé, alors de l'air circule dans le sens indiqué par la flèche B du fait de la différence de pression statique relativement grande qui existe entre l'extérieur et le conduit de ventilation 28 en raison de l'effet exercé par la partie saillante annulaire 31 du couvercle 29. Ainsi, une bonne dissipation de chaleur a lieu au niveau des ailettes de dissipation de chaleur 24 et des éléments analogues du fait de la circulation de l'air. Alors que, dans l'exemple représenté, l'air circule de l'ouverture 30 aux parties latérales du corps de boîtier 22, via le conduit de ventilation 28 et, au-delà, via les ailettes de dissipation de chaleur 24, il est possible de retourner l'angle d'inclinaison de l'hélice 26 ou d'inverser le sens de rotation de l'ensemble ventilateur 21 de façon que l'air puisse circuler dans le sens opposé à celui de la flèche B. Dans le présent mode de réalisation, puisque le couvercle 29 qui recouvre la partie supérieure du corps de boîtier 22 est prévu et que, en plus de cela, la partie saillante annulaire 31 est adoptée de façon à augmenter la différence de pression statique entre l'extérieur et le conduit de ventilation 28, il peut être obtenu un effet suffisant de dissipation de chaleur même lorsque l'ensemble ventilateur 21 est petit et consomme peu de courant. Dans le présent mode de réalisation, la partie de montage 23 du corps de boîtier 22 qui sert à offrir la place permettant de loger l'ensemble ventilateur 21 est décalée dans la direction du montant de support 25A et la face de paroi du montant de support 25A est allongée dans la direction des montants de supports 25B et 25D (voir la figure 4). La raison pour laquelle on a décalé le centre de l'ensemble ventilateur 21 par rapport au centre de création de chaleur du corps de boîtier 22 (qui fait référence à la puce de circuit intégré 2 de la figure 5) est que la capacité de soufflage d'air de l'ensemble ventilateur 21 est plus élevée en une partie circonférentielle qu'à la partie centrale de l'ensemble ventilateur 21 et qu'on veut faire sensiblement coïncider entre eux l'endroit où la capacité de soufflage d'air est grande et le centre de création de chaleur du corps de boîtier 22. Par conséquent, la chaleur qui est émise directement depuis la puce de circuit intégré 2 via la face supérieure du corps de boîtier 22, et non pas par l'intermédiaire des ailettes de dissipation de chaleur 24, peut être absorbée par la circulation d'air. En outre, puisque l'ensemble ventilateur 21 est placé en une position décalée par rapport au centre de création de la chaleur, l'élévation de la température interne de l'ensemble ventilateur 21 est limitée, ce qui renforce la fiabilité de l'ensemble ventilateur 21. On notera que la raison pour laquelle, lorsque l'ensemble ventilateur 21 est décalé par rapport au centre de création de chaleur, la face de paroi du montant de support 25 vers laquelle il est décalé est allongée est qu'on veut que la circulation d'air en direction des ailettes de dissipation de chaleur 24 soit réalisée de façon égale. La figure 6 est une vue en coupe d'un boîtier de circuit intégré montrant un deuxième mode de réalisation de l'invention. Le présent mode de réalisation se distingue du premier mode de réalisation des figures 4 et 5 en ce qu'une partie creuse 51 est prévue dans un corps de boîtier 22 juste au-dessus d'une puce de circuit intégré 2 et qu'un liquide 52 remplit la partie creuse 51. Lorsqu'une telle structure remplie de liquide est adoptée, la résistance thermique du corps de boîtier 22 lui-meme diminue par l'action de convexion du liquide. En résumé, la chaleur produite par la puce de circuit intégré 2 est susceptible d'être transmise aux ailettes 24 de dissipation de chaleur, et l'effet de dissipation de chaleur peut être encore renforcé. On peut encastrer un tube de chauffe dans la partie creuse 51 à la place du liquide 52 remplissant la partie creuse 51 du corps de boîtier 22. On réalise le tube de chauffe par exemple en décomprimant l'intérieur d'un tube métallique fermé revêtu d'une substance capillaire sur sa paroi interne et renfermant intérieurement une petite quantité de liquide. De même, en utilisant un tel tube de chauffe, on peut réduire la résistance thermique du corps de boîtier 22 de façon que la transmission de chaleur de la puce de circuit intégré 2 aux ailettes de dissipation de chaleur 24 puisse bien s'effectuer. La figure 7 est une vue en coupe d'un boîtier de circuit intégré montrant un troisième mode de réalisation de l'invention. Le présent mode de réalisation se distingue du premier mode de réalisation des figures 4 et 5 en ce qu'un corps de boîtier 61 possède une structure à deux couches faite d'un corps de céramique et d'un corps de métal. On construit le corps de boîtier 61 en collant un corps métallique 63 qui possède, à sa partie supérieure, des ailettes de dissipation de chaleur 62 et des montants de support (non représentés) solidaires et qui possède, à sa patie inférieure, une partie convexe au niveau de laquelle une puce de circuit intégré 2 est montée de manière fixe, et un corps de céramique 64 qui possède des fils de sortie 3 placés à sa partie inférieure. Par exemple, pour le matériau du corps métallique 63, on adopte l'aluminium ou du cuivre, qui présentent une conductivité thermique élevée. Puisque, de façon générale, la conductivité thermique d'un corps métallique est plus élevée que celle d'un corps céramique, en montant de manière fixe la puce de circuit intégré 2 sur le corps métallique 63 grâce à l'utilisation d'un corps de boîtier 61 ayant une telle structure à deux couches, on peut encore augmenter la transmission de chaleur de la puce de circuit intégré 2 aux ailettes de dissipation de chaleur 62. La figure 8 est une vue en coupe partielle d'un boîtier de circuit intégré montrant un quatrième mode de réalisation de l'invention. Alors que, dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, un ensemble ventilateur est fixé à un corps de boîtier, dans le présent mode de réalisation, un ensemble ventilateur est fixé à un couvercle de façon que la chaleur venant d'une puce de circuit intégré ne soit pas transmise facilement à l'ensemble ventilateur. Sur la figure 8, le numéro de référence 71 désigne un corps de boîtier, 72 une ailette de dissipation de chaleur qui est solidaire du corps de boîtier 71, et 73 un couvercle servant à fermer une partie supérieure du corps de boîtier 71. Une partie 74 de montage de ventilateur est formée sur la face arrière du couvercle 73, et un ensemble ventilateur 75 est fixé à la partie 74 de montage de ventilateur. L'ensemble ventilateur 75 est constitué d'un stator 77 ajusté à force dans la partie 74 de montage de ventilateur et, ou bien, fixé à cette dernière, et possédant une bobine 76 disposée sur une partie périphérique externe de celui-ci, un arbre 79 se dressant au centre du stator 77 par l'intermédiaire d'un palier 78, un rotor 82 fixé à l'arbre 79 et comportant un aimant 80 et une hélice 81 qui sont respectivement fixés à une paroi circonférentielle interne et une paroi circonférentielle externe de celui-ci, et une plaquette de circuit imprimé 84 à laquelle est connecté un fil de sortie 83. Un circuit d'excitation de moteur, non représenté, est monté sur la plaquette de circuit imprimé 84. ll faut noter que, sur la figure 8, le numéro de référence 85 désigne une culasse annulaire, 86 une culasse, 87 une rondelle fendue montée sur l'arbre 79, et 88 un ressort servant à pousser l'arbre 79 vers le haut. De plus, le numéro de référence 89 désigne une ouverture de circulation d'air ménagée dans le couvercle 73, et 90 une partie saillante annulaire servant à assurer une certaine différence de pression statique. L'ouverture 89 est prévue en plusieurs exemplaires le long du lieu de rotation de l'hélice 81. Selon la présente invention, puisque ltensemble ventilateur 75 faisant fonction du moyen de soufflage d'air est fixé au couvercle 73, alors, lorsqu'on compare au cas où l'ensemble ventilateur est fixé au corps de boîtier, comme dans les premier, deuxième et troisième modes de réalisation, la chaleur produite à partir de la puce de circuit intégré est moins susceptible d'être transmise à l'ensemble ventilateur 75, si bien que la fiabilité de l'ensemble ventilateur 75 peut être améliorée et que sa durée de vie peut être prolongée. En outre, lorsque l'ensemble ventilateur est fixé au couvercle, puisqu'une résistance mécanique de maintien de l'ensemble ventilateur sur le corps de boîtier n'est pas nécessaire, lorsque la partie creuse 51 est formée dans Ie corps de boîtier 22, comme dans le deuxième mode de réalisation de la figure 6, on peut réduire l'épaisseur du corps de boîtier en fixant ainsi l'ensemble ventilateur au couvercle. Comme décrit ci-dessus, selon l'invention, il est obtenu un effet en ce qu'un boîtier de circuit intégré révélant des propriétés nettement supérieures pour la dissipation de la chaleur peut être produit. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du boîtier de circuit intégré dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Boîtier de circuit intégré, caractérisé en ce qu'il comprend: un corps de boîtier (1); une puce de circuit intégré (2) enfermée de manière hermétique dans ledit corps de boîtier; un fil de sortie (3) placé en une partie inférieure dudit corps de boîtier pour connecter ladite puce de circuit intégré à un circuit externe; et un moyen de soufflage d'air servant à refroidir ledit corps de boîtier par ventilation forcée; où ledit corps de boîtier possède, en une partie supérieure, une région (6) de dissipation de chaleur qui est formée d'une ailette (5) et une région (7) de soufflage d'air dans laquelle ledit moyen de soufflage d'air est disposé; un conduit de ventilation (8) étant formé entre ladite région de dissipation de chaleur et ladite région de soufflage d'air. 2. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de soufflage d'air comprend un ensemble ventilateur qui comporte un moteur possédant un arbre de rotation suivant la direction de l'épaisseur dudit corps de boîtier, une hélice connectée audit arbre de rotation dudit moteur, et une partie circuit d'excitation servant à exciter ledit moiteur. 3. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit ensemble ventilateur est fixé audit corps de boîtier. 4. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un couvercle fixé audit corps de boîtier de manière à fermer la partie supérieure dudit corps de boîtier; ledit couvercle possédant une ouverture qui communique avec ledit conduit de ventilation par l'intermédiaire de ladite hélice. 5. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit ensemble ventilateur est fixé audit couvercle. 6. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit couvercle possède une partie saillante annulaire placée un peu à l'extérieur du lieu géométrique de rotation de ladite hélice ; et en ce que la différence de pression statique entre ladite ouverture dudit couvercle et ledit conduit de ventilation est augmentée par ladite partie saillante annulaire. 7. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite hélice est entraînée en rotation de façon que l'air puisse circuler de ladite ouverture dudit couvercle à ladite partie de dissipation de chaleur dudit corps de boîtier via ledit conduit de ventilation. 8. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite hélice est entraînée en rotation de façon que l'air puisse circuler de ladite partie de dissipation de chaleur dudit corps de boîtier à ladite ouverture dudit couvercle via ledit conduit de ventilation. 9. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 2, caractérisé en ce que le centre dudit ensemble ventilateur est décalé par rapport au centre de création de chaleur dudit corps de bottier. 10. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie creuse est prévue entre la partie supérieure dudit corps de boîtier et ladite puce de circuit intégré; et en ce qu'un liquide remplit ladite partie creuse ou un tube de chauffe est encastré dans ladite partie creuse. 11. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps de boîtier est formé d'un corps de céramique, et ladite ailette est solidaire dudit corps de céramique. 12. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps de boîtier possède une structure à deux couches, faite d'un corps de céramique et d'un corps métallique, ladite ailette étant solidaire dudit corps métallique tandis que ladite puce de circuit intégré est montée de manière fixe sur ledit corps métallique.