Brevet FR2916602A1 — publié le 20081128

PROCEDE, DISPOSITIF ET SYSTEME D'AUTO REFROIDISSEMENT DES CIRCUITS ELECTRONIQUES La présente invention concerne les procédés de refroidissement passif d'équipements électroniques de type informatiques qui cherchent à extraire automatiquement la chaleur des composants les plus dissipateurs comme les microprocesseurs, les chipsets, les circuits de type mofsets de puissance et à transporter ladite chaleur le plus efficacement possible dans des dissipateurs pour être mise en contact avec l'atmosphère ambiante de l'appareil au travers de grandes surfaces. Par ailleurs, pour éviter toute nuisance sonore, ledit appareil ne doit pas disposer de ventilateur actif de type ventilateur électrique. Ainsi le boîtier externe des ordinateurs et autres appareils employant cette méthode de refroidissement sert de radiateur et est extrude en partie afin d'augmenter les surfaces d'échange. Ainsi, les composants chauds sont généralement reliés au boîtier au travers de ponts thermiques le plus souvent matérialises par des caloducs ou des connections directs entre les circuits imprimés (PCB) et le boîtier. Ces solutions simples, nécessitent un emploi important d'aluminium utilisé pour réaliser les volumes de matières extrudes associées au boîtier. Cet aluminium est anodisé et utilise les 3 principes d'échange thermique : - la conduction dans sa zone de contact avec les caloducs ou les PCB, - la radiation en émettant des ondes infrarouges, - et la convection en échangeant de la chaleur avec le fluide avec lequel il est en contact, c'est-à-dire l'atmosphère ambiante. Les mouvements de fluides sont tous crées a l'extérieur du boîtier et cette méthode de refroidissement n'est efficace que si tous les composants chauds sont en contacts avec une zone de dissipation du boîtier. Avec la miniaturisation des composants et la convergence fonctionnelle associée, les caractéristiques techniques des composants rendent cette méthode de refroidissement complexe à mettre en oeuvre. Les températures de jonction varient endormement (de 68 degrés par exemple pour un processeur, 125 degrés pour un contrôleur d'entrées/sorties, 105 degrés pour un GPU, etc.), et le dimensionnement des ponts thermiques devient de plus en plus complexe. De plus un grand nombre de petits composants nécessitent de plus en plus la création d'un flux de ventilation obligatoire rendant leur utilisation critique sans la présence de ce flux, comme c'est le cas typiquement avec les adaptateurs réseaux Gigabits. Le maintien d'une température de contact avec les utilisateurs acceptable pour éviter les brûlures (température inférieure à 60 degrés avec une atmosphère à 35 degrés), nécessite l'emploi d'une surface d'échange importante et donc une utilisation de matière plus grande. Pour palier à tous ces inconvénients, nous proposons un nouveau procédé de refroidissement passif des équipements électroniques dégageant de la chaleur, informatique ou autre. Ce procédé a pour objectif de réduire la quantité de matière nécessaire aux échangeurs, tout en créant un courant de convection nécessaire au bon fonctionnement des composants non connectés au dissipateur. Nous proposons pour cela l'emploi de deux boîtiers. Un premier boîtier contient l'électronique ; ledit premier boîtier est inclus dans le second boîtier qui servira d'échangeur thermique avant que l'air chaud ne soit expulsé de celui-ci. Afin de corriger ces différents défauts, l'invention concerne selon son acception la plus générale, un procédé pour concevoir des équipements électroniques auto refroidissant et comportant des composants dissipateurs de chaleur à positionner sur un circuit imprimé, et ne devant pas comporter de ventilateur actif caractérisé par le fait qu'il comporte une étape d'analyse des composants les plus dissipateur d'énergie afin de les positionner sur le coté dudit circuit imprimé afin de permettre de lui adjoindre simplement un système de caloduc. Avantageusement, les autres composants électroniques dudit circuit imprimé sont positionnés aux distances maximales desdits composants les plus dissipateur d'énergie. Avantageusement, ledit procédé comprend deux boîtiers (4) et: (5) afin de dissiper la chaleur émise par lesdits composants électroniques. Avantageusement, ledit circuit imprimé représentant la carte mère (1) comprend un élément conducteur de chaleur appelé caloduc (2) qui est en contact avec le composant le plus chaud présent sur ladite carte mère. Avantageusement, ledit caloduc (2) extrait la chaleur dudit composant et la transporte du premier boîtier (5) vers le second boîtier (4). Avantageusement, ladite chaleur est dissipée au travers d'un radiateur (3) dans ledit second boîtier (4). La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un exemple non limitatif de réalisation qui suit, se référant aux dessins annexés qui décrivent l'architecture d'ensemble d'un système pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Sur la figure 6, le circuit imprimé représentant la carte mère (1) comprend un élément conducteur de chaleur appelé caloduc (2) qui est en contact avec le composant le plus chaud présent sur la carte mère. Ledit caloduc (2) extrait la chaleur dudit composant et la transporte du premier boîtier (5) vers le second boîtier (4) et la dissipe au travers d'un radiateur (3) dans ledit second boîtier (4). Ledit boîtier (5) contenant de l'électronique est étanche à l'exception d'entrées d'air présentes sur les cotés de la carte mère et sur sa partie supérieure permettant à cet air de parcourir le volume complet dudit boîtier (5). Le radiateur (3) présent au dessus dudit boîtier interne (5), chauffe l'air présent entre ses ailettes. Cet air monte par convection dans le boîtier d'échange (4) et est expulsé par des trous de ventilation (6). En s'échappant, l'air crée un phénomène de dépression interne et le radiateur agit comme une pompe, et force de l'air frais a pénétrer dans ledit boîtier (4). Ce phénomène cyclique et permanent permet de garantir la création d'un flux de convection dont les vitesses varient entre 5 à 35 cm/s. Ce type de flux est suffisant pour garantir une bonne ventilation des composant passifs. Par ailleurs, le radiateur (3) n'étant pas en contact direct avec l'utilisateur, peut être dimensionné de telle sorte que sa température soit plus importante que précédemment et utilisera nécessairement moins de matière à puissance égale que les solutions actuelles. L'élévation de température permettant d'augmenter la vitesse d'air associe. Afin de pouvoir réaliser ce système, il est nécessaire et suffisant d'identifier les composants critiques d'un point de vue thermique. Le composant le plus consommateur et donc dissipateur d'énergie est positionné sur le coté dudit circuit imprimé (1) afin de permettre de lui adjoindre simplement un système de caloduc permettant de transporter l'énergie dans un radiateur situé au dessus dudit circuit imprimé (1). On évite ainsi les problèmes de routage. Les autres composants électroniques sont positionnés aux distances maximales du composant le plus chaud. Cette distance est déterminée simplement par les contraintes physiques d'échange de signaux électriques entre chaque élément. Dans notre exemple le second composant critique est la carte graphique. Ce composant doit rester proche du processeur afin de diminuer les latences d'accès à la mémoire qui s'effectue au travers de celui-ci. Le troisième composant est le contrôleur d'entrées sortie positionné à l'arrière de la carte, proche des connecteurs I/O. Des zones de dégagements mécaniques (7) sont nécessaires afin de pouvoir permettre l'assemblage. On tolère des composant sur ces zones de lmm d'épaisseur par rapport au circuit imprimé. Une fois ces composants positionnés, il reste a placer les différents éléments connexes (générateur d'horloge, VRM, et autres composants qui ne consomment que peut d'énergie et qui ne sont donc pas représentés sur les figures). Ces composants nécessitent simplement un flux d'air au dessus d'eux afin de garantir leur durée de vie. Une fois les composants positionnés, on vient assembler un radiateur en liaison avec le Processeur (composant le plus chaud) avec des caloducs. Ce radiateur sera au dessus de la carte mère (PCB), et créera un phénomène de dépression lié à l'élévation de température au dessus de ladite carte. A partir de ce moment un courant convectif vertical se crée automatiquement, et permet de dégager l'air chaud emprisonné dans les ailettes des radiateurs passifs que l'on aura positionnés sur les autres composants. REVENDICATIONS 1. Procédé pour concevoir des équipements électroniques auto refroidissant et comportant des composants dissipateurs de chaleur à positionner sur un circuit imprimé, et ne devant pas comporter de ventilateur actif caractérisé par le fait qu'il comporte une étape d'analyse des composants les plus dissipateur d'énergie afin de les positionner sur le coté dudit circuit imprimé afin de permettre de lui adjoindre simplement un système de caloduc. 2. Procédé pour concevoir des équipements électroniques auto refroidissant selon la revendication 1 caractérisé en ce que les autres composants électroniques dudit circuit imprimé sont positionnés aux distances maximales desdits composants les plus dissipateur d'énergie. 3. Procédé pour concevoir des équipements électroniques auto refroidissant selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend deux boîtiers (4) et (5) afin de dissiper la chaleur émise par lesdits composants électroniques. 4. Procédé pour concevoir des équipements électroniques auto refroidissant selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit circuit imprimé représentant la carte mère (1) comprend un élément conducteur de chaleur appelé caloduc (2) qui est en contact avec le composant le plus chaud présent sur ladite carte mère. 5. Procédé pour concevoir des équipements électroniques auto refroidissant selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce ledit caloduc (2) extrait la chaleur dudit composant et la transporte du premier boîtier (5) vers le second boîtier (4). 6. Procédé pour concevoir des équipements électroniques auto refroidissant selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite chaleur est dissipée au travers d'un radiateur (3) dans ledit second boîtier (4).