Brevet FR2773940A3 — publié le 19990723

FR 2773940 A3 19990723 FR 9800642 A 19980122 Dispositif de dissipation de chaleur pour microplaquettes semiconductrices d'ordinateurs. La présente invention concerne un dispositif de dissipation de chaleur et elle a trait, plus particulièrement, à un radiateur qui est constitué par une pluralité de plaques en treillis qui se recouvrent et qui sont fixées sur une CPU (unité centrale de traitement) ou un composant de IC (circuit intégré) à des fins de dissipation de chaleur. Comme il est bien connu, un CPU ou un module de IC génère de la chaleur pendant son fonctionnement, ce qui en augmente la température. Quand la température dépasse une certaine limite, la capacité de traitement se trouve affectée. Pour maintenir le fonctionnement de la CPU ou du IC à une température normale, l'adjonction d'un radiateur est essentielle. Dans les procédés de dissipation de chaleur utilisés dans une CPU ou dans un module de IC pour y dissiper la chaleur pendant son fonctionnement, on procède de deux façons, l'une consistant en une dissipation par ventilation forcée et l'autre par une ventilation naturelle. Les radiateurs classiques se présentent sous les formes suivantes: 1. un bloc et une gomme de dissipation de chaleur servant à augmenter la superficie de la tête rayonnante et favorisant l'écoule- ment de l'air, le bloc de dissipation étant constitué de plusieurs nervures ou aiguilles verticales en une matière fortement thermoconductrice, et collées sur la surface de la CPU ou du module de IC à l'aide d'une gomme pour rayonner dans l'air la chaleur émise par cette CPU ou ce module de IC; 2. un ventilateur de refroidissement fixé à la surface de la CPU, ou coopérant avec le bloc de dissipation mentionné ci-dessus, pour le combiner avec un radiateur de refroidissement par ventilation forcée afin de générer de force un écoulement d'air; 3. un tube de dissipation tirant parti d'un tube en un métal fortement thermoconducteur, collé sur la surface de la CPU, l'énergie calorifique étant évacuée. A la suite des recherches effectuées sur les procédés et dispositifs de dissipation de chaleur en ce qui concerne le ventilateur de refroidissement présentant le rendement de chaleur le plus élevé, on s'est aperçu qu'il faut tenir compte de l'énergie nécessaire, les vibrations et le bruit générés pendant le fonctionnement ainsi que l'augmentation de charge de puissance, spécialement si de nombreux composants fonctionnement en même temps, les problèmes devenant alors pires. En ce qui concerne le bloc et la gomme de dissipation de chaleur ou le tube de dissipation par dissipation de chaleur par ventilation naturelle, l'effet de dissipation de ces éléments est limité, spécialement en l'absence de coopération avec d'autres dispositifs de dissipation de chaleur, de sorte que le rendement de dissipation n'est pas suffisamment élevé. D'autre part, le bloc de dissipation de chaleur est constitué d'aluminium (Al) de qualité inférieure, élaboré à partir de déchets de ce métal, et ses surfaces doivent être soumises à un traitement anti-corrosion, à l'aide de chromate qui contient certains poisons non évaporés qui sont nuisibles aux personnes se trouvant au voisinage quand le bloc est chauffé. D'autre part, la barre d'aluminium moulé doit être découpée en plaques, à l'aide d'un moyen de découpage hydraulique sous haute pression et trempée dans un bain de finition pour augmenter l'effet anti-corrosion et l'effet de dissipation de chaleur. Pour obtenir un meilleur effet de dissipation de chaleur, plus la superficie de la surface de coupe (orientée vers l'air) doit être grande, plus le temps de coupe est alors long et plus le bloc entier est lourd, de sorte que les coûts de fabrication se trouvent virtuellement augmentés. De plus, les types précités de traitement anti-corrosion pour un bloc de dissipation de chaleur en aluminium peut entraîner une pollution de l'environnement. C'est pourquoi l'objectif principal de la présente invention est de fournir un dispositif de dissipation de chaleur combiné avec des canaux de guidage et qui est léger, demande peu de matière, est facile à fabriquer et est bon marché. On atteint cet objectif à l'aide d'un bloc composite de dissipation de chaleur consistant en plusieurs plaques en treillis métallique se recouvrant de façon décalée, que l'on perfore par poinçonnage de manière à former un grand nombre de mailles inclinées en forme de losange définies par un grand nombre de fils ondulés ayant une section plate rectangulaire se raccordant par recouvrement. La plaque en treillis métallique est formée d'un métal présentant une bonne conductibilité thermique. En combinant une grande diversité de dispositions de recouvrement des plaques en treillis métallique, on peut obtenir un meilleur effet de dissipation de la chaleur et favoriser le rayonnement de la chaleur sans que se maintienne de la chaleur dans des conditions de dissipation par ventilation naturelle. D'une façon générale, le dispositif de dissipation de chaleur selon la présente invention est formé d'un métal de forte conductibilité thermique et comprend au moins deux fils métalliques ondulés parallèles se raccordant mutuellement par les crêtes de leurs ondulations et par les creux de leurs ondulations d'une façon correspondante, d'unc manière inclinée, pour former une plaque en treillis comportant des mailles inclinées en forme de losange. Dans ce dispositif, la section dudit fil métallique ondulé est un rectangle plat. On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective montrant un élément de la structure de la plaque en treillis métallique de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe suivant 1-1 de la figure 3 de la plaque en treillis; la figure 3 et une vue en perspective de la plaque en treillis de la présente invention; la figure 4 est une vue éclatée du dispositif de dissipation de chaleur de la présente invention; la figure 5 est une vue montrant un premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 6 est une vue montrant un deuxième mode de réalisation de la présente invention, la figure 7 est une vue encore montrant un troisième mode de réalisation de la présente invention, et la figure 8 est une vue de côté montrant un fonctionnement de la présente invention en coopération avec un ventilateur de refroidissement. En se référant aux figures 1 à 3, on voit que la présente invention permet d'obtenir une plaque maillée ou en treillis 1 composée par un grand nombre de dispositifs de dissipation, plaque dans laquelle le dispositif de dissipation est constitué par deux fils métalliques ondulés 11 ayant une section rectangulaire plate (comme on peut le voir sur la figure 2), se raccordant entre eux, les crêtes 111 des ondulations et les creux 112 des ondulations se raccordant par recouvrement (comme on peut le voir sur la figure 2). Si plusieurs de ces dispositifs de dissipation de chaleur se raccordent en série de cette façon, on obtient une plaque 1 en treillis de dimensions appropriées comportant de nombreuses mailles inclinées 12 en forme de losange (comme représenté sur la figure 3). Lors de la fabrication, on perfore au poinçon une tôle et on l'étire de manière à former un grand nombre de maille inclinées 12 en forme de losange définies par de nombreux fils métalliques ondulés 11 se raccordant mutuellement en série adja- centes. Le fil métallique ondulé 11 est incliné d'un certain angle et est raccordé aux crêtes 111 des ondulations du fil métallique ondulé adjacent 11 par les creux 112 de ses ondulations en s'inclinant pour constituer la plaque en treillis monobloc 1 que l'on peut ensuite découper librement aux dimensions désirées. Quand on forme un radiateur destiné à être fixé à un composant de IC ou sur un module 2 de CPU à des fins de dissipation de chaleur, on fait se recouvrir une pluralité des plaques formant treillis 1 de dimensions appropriées et on les fixe à une plaque de base 3 en un matériau de forte conductibilité thermique en les enfilant, par quatre trous respectifs 13 qu'elles comportent à leurs coins, sur quatre colonnettes droites 31 montées sur les coins de la plaque de base 3 et en les y assujettissant avec des vis 32 et des rondelles 33, puis on colle la plaque de base 3 sur la surface supérieure du module 2 à l'aide d'une gomme de dissipation de chaleur, comme on peut le voir sur la figure 5 et sur la figure 6. La fixation des plaques 1 en treillis sur la plaque de base 3 peut être effectuée à l'aide d'autres procédés, comme par exemple à l'aide de pinces élastiques ou par fixation d'un couvercle en treillis (non représenté). En se référant à la figure 5, on comprend que, par l'intermédiaire de sa surface de contact, la plaque de base 3 absorbe la chaleur dégagée par le composant 2 et, grâce à un élément d'espacement fortement conducteur, la chaleur de la plaque de base 3 est acheminée jusqu'aux plaques 1 en treillis, près du côté inférieur (référencé comme étant la partie conductrice de la section C) Dans cette section, il est possible de régler la superficie de contact par face entre les plaques adjacentes 1 en treillis métallique en modifiant le pas des mailles ainsi que le diamètre des mailles afin d'obtenir un pourcentage de 80-85%. Au-dessus de la section C, les plaques I en treillis se composent d'une partie rayonnante (référencée comme étant la section B sur les dessins), dans laquelle la superficie de conduction par face est de 20% et la superficie de conduction par point est de S()'7,) afin de procurer suffisamment d'espaces libres pour l'écoulement de l'air de manière à rayonner la chaleur. Si la plaque 1 en treillis est forme mée de cuivre (Cu), on peut tremper l'empilement de plaques 1 en treillis dans un bain de soudure à l'étain fondu de manière que les points en contact se soudent les uns aux autres afin de solidariser les plaques 1 en treillis pour augmenter la conductibilité thermique. En outre, quand diverses plaques 1 en treillis se recouvrent de façon chevauchante, on peut utiliser un procédé de soudage par point aux points de raccordement de chaque plaque 1 en treillis. Pour agir sur le pourcentage de la superficie conductrice, on peut régler l'orientation des mailles inclinées 12 en forme de losange au moment où l'on empile les plaques en procédant comme ci-après: quand les mailles inclinées 12 en forme de losange de toutes les plaques 1 en treillis sont orientées dans la même direction, comme représenté sur la figure 5, le fil métallique ondulé 1 1 de la plaque supérieure 1 en treillis porte contre la plaque 1 en treillis qui se trouve en dessous avec le fil métallique ondulé 1 1 sur un des côtés de maniè re à former un agencement de recouvrement oblique de sorte que les mailles inclinées 12 en forme de losange de la plaque 1 en treillis forment de nombreuses rangées de canaux libres inclinés définis par les mailles inclinées 12 en forme de losange afin d'évacuer vers l'exté- rieur la majeure partie de la chaleur au moyen de l'air qui y circule, le reste de la chaleur étant dispersé par les côtés et la partie supérieure. D'autre part, les intervalles entre les couches de plaques 1 en treillis contribuent beaucoup à la circulation de l'air pour dissiper la chaleur afin de réduire le reliquat de chaleur présent entre les couches. De plus, en raison de la direction uniforme vers l'avant des mailles inclinées 12 en forme de losange, les plaques adjacentes 1 en treillis se chevauchent de façon opposée de sorte que les mailles inclinées 12 en forme de losange de ces plaques se trouvent orientées dans des directions opposées, respectivement, comme représenté sur la figure 6, afin d'évacuer la chaleur en la dispersant à partir des deux côtés. Comme on peut le voir sur la figure 7, il est possible dc choisir une autre disposition des plaques 1 en treillis (on peut disposcr les mailles inclinées 12 en forme de losange suivant une direction quelconque, celles de la première pièce étant orientée par exemple suivant trois heures, celles de la deuxième suivant 6 heures, celles dc la troisième suivant 9 heures, celle de la quatrième suivant un quart d'heure avant 12 heures, l'angle inclus entre les pièces adjacentes étant maintenu à 90 ) lorsqu'on les recouvre les unes les autres de manière à former un treillis compliqué à mailles étagées, avec des intervalles transversaux plus grands entre les couches qui se recouvrent afin d'éliminer le reliquat de chaleur présent entre ces couches. Selon le degré voulu d'efficacité de dissipation de chaleur, la façon selon laquelle les plaques en treillis se recouvrent peut être choisie librement sans être limitée aux procédés décrits ci-dessus. Pour améliorer l'efficacité de dissipation de chaleur, on monte, comme représenté sur la figure 8, un boîtier 14 au centre des plaques empilées 1 en treillis en vue d'y installer un ventilateur 4 afin d'y refouler de l'air pour disperser la chaleur et obtenir un meilleur rendement de dissipation de chialeur. En plus d'utiliser la présente invention pour dissiper la chaleur du composant de IC et de la CPU, on peut l'utiliser pour refroidir d'autres composants ou unités qui dégagent de la chaleur. REVENDICATIONS 1. Dispositif de dissipation de chaleur caractérisé en ce qu'il est formé d'un métal de forte conductibilité thermique et comprend au moins deux fils métalliques ondulés parallèles (11) se raccordant mutuellement par les crêtes (111) de leurs ondulations et par les creux (112) de leurs ondulations d'une façon correspondante, d'une manière inclinée, pour former une plaque en treillis comportant des mailles (12) inclinées en forme de losange. 2. Dispositif de dissipation de chaleur caractérisé en ce que la section dudit fil métallique ondulé est un rectangle plat.