Brevet FR2967763A1 — publié le 20120525

Dispositif de dissipation de chaleur et carte électronique correspondante La présente invention concerne le refroidissement des composants électroniques. Les circuits électroniques comprennent des composants électroniques dont certains dissipent en fonctionnement une forte quantité de chaleur. Ceux-ci sont généralement nommés « composants dissipatifs ». Il s'agit par exemple de microprocesseurs. Il est souhaitable d'évacuer la chaleur produite par les composants dissipatifs pour les maintenir dans une plage de température déterminée assurant un fonctionnement satisfaisant. Pour ce faire, il est possible d'associer à un ou plusieurs composants dissipatifs un dissipateur thermique ou radiateur propre à dissiper une grande quantité de chaleur. Un tel dissipateur thermique comprend généralement un corps de base, par exemple en forme de plaque, destinée à être mis en contact thermique avec le(s) composant(s) dissipatif(s) et des ailettes de refroidissement s'étendant à partir du corps de base pour augmenter la surface d'échange avec le milieu ambiant ou une source froide, par exemple l'air ambiant et ainsi évacuer la chaleur produite par le(s) composant(s) dissipatif(s). Un but de l'invention est de proposer un dispositif de dissipation de chaleur permettant d'assurer une dissipation de chaleur efficace tout en étant simple à mettre en oeuvre. A cet effet, l'invention propose un dispositif de dissipation de chaleur comprenant un dissipateur thermique muni d'un orifice présentant une surface interne et s'étendant suivant un axe, un conducteur thermique propre à conduire de la chaleur entre un composant dissipatif de chaleur et le dissipateur thermique, le conducteur thermique comprenant une première surface de contact avec un composant dissipatif et une deuxième surface de contact avec la surface interne. Le conducteur thermique est insérable axialement dans l'orifice et mécaniquement déformable radialement de manière à presser la deuxième surface de contact radialement vers l'extérieur contre la surface interne de l'orifice. Selon d'autres modes de réalisation, le dispositif de dissipation de chaleur comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - un élément de serrage insérable axialement dans un évidement axial du conducteur thermique de manière à exercer un effort de déformation radiale sur le conducteur thermique ; - l'élément de serrage est propre à exercer un effort radial de déformation du fait d'un effort axial d'insertion de l'élément de serrage dans l'évidement ; - le conducteur thermique et l'élément de serrage comprennent des surfaces tronconiques complémentaires propres à venir en contact mutuel du fait de l'insertion axiale de l'élément de serrage dans l'évidement ; - des organes de serrage axial de l'élément de serrage sur le conducteur thermique ; - le conducteur thermique est propre à se déformer radialement élastiquement sous l'effet de l'élément de serrage ; - le conducteur thermique comprend un noyant central et une pluralité de bras s'étendant à partir du noyau en étant séparés par des fentes radiales et en délimitant entre eux l'évidement, chaque bras présentant une face extérieure définissant un secteur angulaire de la deuxième surface de contact ; - au moins un ressort disposé entre le dissipateur thermique et le conducteur thermique de manière à solliciter le conducteur thermique axialement. L'invention concerne également une carte électronique comprenant un support, au moins composant électronique disposé sur le support et un dispositif de dissipation de chaleur, le conducteur thermique étant en contact thermique avec le composant électronique. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - les Figures 1 et 2 sont des vues respectivement en perspective éclatée et en coupe d'un dispositif électronique comprenant un circuit imprimé et un dispositif de dissipation de chaleur conforme à l'invention ; - la Figure 3 est une vue de dessus d'un conducteur thermique du dispositif de dissipation de chaleur des Figures 1 et 2 ; - la Figure 4 est une vue analogue de celle de la Figure 2 illustrant un dispositif électronique comprenant un dispositif de dissipation de chaleur selon une variante de l'invention. Tel que représenté sur les Figures 1 et 2, le dispositif électronique 2 comprend un circuit imprimé 4 et un dispositif de dissipation de chaleur 6. Le circuit imprimé 4 comprend une carte 8 de circuit imprimé et un composant électronique dissipateur de chaleur, ci-après nommé composant dissipatif 10. Le composant dissipatif 10 est fixé sur la carte 8. Il s'agit d'un composant émettant une forte quantité de chaleur lors du fonctionnement du circuit imprimé 4. Le composant dissipatif 10 est par exemple un microprocesseur. Tel qu'illustré, le composant dissipatif 10 comprend une région périphérique 12 et une région centrale 14 surélevée par rapport à la région périphérique 12. Le composant dissipatif peut présenter une configuration différente. Il peut notamment être dépourvu de région surélevée et sensiblement plat. Un film 15 de graisse thermique est disposé sur la région centrale 14. Le circuit imprimé 4 comprend de manière classique d'autres composants électroniques. Il peut comprendre un ou plusieurs composant(s) actif(s) et/ou un ou plusieurs composant(s) passif(s) et/ou un ou plusieurs microporcesseur(s) reliés entre eux par des pistes électriques formées en surface de la carte 8 ou entre des couches de la carte 8 si la carte 8 est multicouche. Le dispositif de dissipation de chaleur 6 comprend un dissipateur thermique 16, un conducteur thermique 18, un élément de serrage 20, une vis 22 de fixation de l'élément de serrage 20 sur le conducteur thermique 18 et un élément ressort 24. Le dissipateur thermique 16, ou radiateur, est propre à promouvoir la dissipation de chaleur vers l'air ambiant. De manière plus générale, le dissipateur thermique est propre à promouvoir la dissipation de chaleur vers une source froide. La source froide est ici l'air mais d'autres sources froides sont envisageables, telle qu'une plaque froide, un liquide... Le dissipateur thermique 16 est réalisé dans un matériau qui est un bon conducteur de chaleur, par exemple dans un matériau en métal ou en alliage de métal. Le conducteur thermique est réalisé par exemple en aluminium. Le dissipateur thermique 16 est du type à ailettes comprenant un corps de base et des ailettes s'étendant à partir du corps de base pour augmenter la surface d'échange avec l'air ambiant et promouvoir l'évacuation de chaleur vers l'air ambiant. Tel que représenté sur les Figures 1 et 2, le dissipateur thermique 16 comprend une plaque de base 26 et un ensemble d'ailettes 28 faisant saillie à partir de la plaque de base 26. Le dissipateur thermique 16 comprend un orifice 30 de réception du conducteur thermique 18. L'orifice 30 s'étend suivant un axe A au travers du dissipateur thermique 16, plus spécifiquement au travers de la plaque de base 26. L'orifice 30 présente une surface interne 32. L'orifice 30 est de section circulaire et présente une surface interne 32 cylindrique circulaire d'axe A. L'orifice 30 présente en variante une section différente, non circulaire. Le dissipateur thermique 16 comprend des plots 34 de fixation tubulaires permettant le passage de vis (non représentés) destinées à être engagées dans des trous 35 (figure 1) de la carte 8 pour fixer le dissipateur thermique 16 sur la carte 8. La hauteur de la plaque 26 par rapport à la carte 8 dépend de la hauteur des plots 34. Les trous 35 sont disposés de façon que l'orifice 30 est centré sur le composant dissipatif 10. D'autres moyens de fixations sont envisageable en remplacement ou conjointement au vis, tels que des moyens de fixation mécanique du type clips ou rivets ou de la colle. Le conducteur thermique 18, ou drain thermique, est propre à conduire la chaleur entre le composant dissipatif 10 et le dissipateur thermique 16. Le conducteur thermique 18 est réalisé en une seule pièce. Il est réalisé dans un matériau qui est un bon conducteur de chaleur, par exemple dans un matériau en métal ou en alliage de métal. Le conducteur thermique est réalisé par exemple en aluminium ou en alliage de cuivre. Le conducteur thermique 18 est propre à être inséré axialement dans l'orifice 30 et en contact thermique, d'une part, avec la surface interne 32, et, d'autre part, avec le composant dissipatif 10 pour conduire la chaleur du composant dissipatif 10 vers le dissipateur thermique 16. Dans l'exemple illustré, le conducteur thermique 18 comprend un noyau 36 central centré sur l'axe A, une portion radiale 38 s'étendant radialement vers l'extérieur à partir du noyau 36 et une portion axiale 40 périphérique s'étendant axialement vers le haut à partir de la périphérie de la portion radiale 38. La portion axiale 40 est tubulaire centrée sur l'axe A et insérable dans l'orifice 30. La portion axiale 40 délimite intérieurement un évidement 42 axial dans le conducteur thermique 18. L'évidement 42 est fermé vers le bas par le noyau 36 et la portion radiale 38 , et ouvert vers le haut. Le noyau 36 est plus étendu axialement que la portion axiale 38, et s'étend en saille dans l'évidement 42. Le noyau 36 présente un alésage 45 (figure 2) axial taraudé. Tel qu'illustré sur la figure 2, le conducteur thermique 18 comprend un première surface de contact 44 avec le composant dissipatif 10 destinée à être mise en contact thermique avec le composant dissipatif 10, directement ou par l'intermédiaire du film 15. La première surface de contact 44 est de préférence une surface radiale perpendiculaire à l'axe A, de sorte que la position axiale du conducteur thermique 18 inséré dans l'orifice 30 puisse être ajustée de façon à appliquer la première surface de contact 44 en appui contre le composant dissipatif 10. La première surface de contact 44 est dans l'exemple illustré une surface radiale inférieure du conducteur thermique 18. Plus spécifiquement, la première surface de contact 44 est définie par la surface inférieure du noyau 36 et de la paroi radiale 38 opposées à l'évidement 42. Le conducteur thermique 18 présente une deuxième surface de contact avec la surface interne 32 de l'orifice 30 du dissipateur thermique 16. Dans l'exemple illustré, la deuxième surface de contact est définie par la surface extérieure 46 de la portion axiale 40 du conducteur thermique 18, tournée radialement vers l'extérieur. La surface extérieure 46 est sensiblement complémentaire de la surface interne 32. La surface extérieure 46 est ici de forme générale cylindrique circulaire. La surface extérieure 46 présente une section permettant l'insertion du conducteur thermique 18 dans l'orifice 30 avec un ajustement avec jeu ou un ajustement juste entre la surface extérieure 46 et la surface interne 32 de l'orifice 30. La portion axiale 40 présente une surface intérieure 48 inclinée par rapport à l'axe A, tournée radialement vers l'intérieur et délimitant l'évidement 42. La surface intérieure 48 est tronconique divergeant vers le haut, en direction de l'ouverture de l'évidement 42. La portion axiale 40 s'amincit progressivement depuis la portion radiale 38 vers sont extrémité supérieure libre. La portion axiale 40 se prolonge axialement vers le bas à partir de la portion radiale 38. Le conducteur thermique 18 comprend une collerette 49 s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de l'extrémité inférieure libre de la portion axiale 40 et présentant un épaulement radial annulaire orienté vers le haut. Le conducteur thermique 18 est propre à être mécaniquement déformé radialement de manière élastique, de telle sorte que la deuxième surface de contact (surface extérieure 46) soit pressée mécaniquement radialement vers l'extérieur contre la surface interne 32. La mise en pression de la deuxième surface de contact contre la surface interne 22 de l'orifice 20 assure un bon contact thermique entre le dissipateur thermique 16 et le conducteur thermique 18 et assure en outre une fixation mécanique axiale du conducteur thermique 18 dans l'orifice 30. Tel qu'illustré sur la figure 3, dans le mode de réalisation représenté, le conducteur thermique 18 comprend une pluralité de fentes 50 radiales s'étendant depuis la surface extérieure 46 radialement vers l'intérieur. Les fentes 50 délimitent dans le conducteur thermique 18 en une pluralité de bras 52 radiaux répartis régulièrement autour de l'axe A séparés par les fentes 50. Les bras 52 s'étendent radialement vers l'extérieur et axialement vers le haut à partir du noyau 36. Les bras 52 délimitent entre eux l'évidement 42 de réception de l'élément de serrage 20. Chaque bras 52 comprend une partie de liaison 58 proximale s'étendant radialement à partir du noyau 36 et une partie d'appui 60 distale s'étendant axialement à partir de la partie de liaison 58. L'évidement 42 est délimité plus spécifiquement par les parties d'appui 60 qui sont réparties autour de l'évidement 42. Les fentes 50 s'étendent dans la portion radiale 38 et la portion axiale 40. Chaque partie de liaison 58 est définie entre deux fentes 50 dans la portion radiale 38, et chaque partie d'appui 60 est définie entre deux fentes 50 dans la portion axiale 40. Chaque bras 52 présente une face extérieure 54 de contact avec la surface interne 32 de l'orifice et une face intérieure 56 tournée radialement vers l'intérieur délimitant l'évidement 42. La face intérieure 56 est un secteur angulaire de la surface intérieure 48. La face extérieure 54 s'étend axialement. La face intérieure 56 est inclinée par rapport à l'axe A. Chaque branche 52 s'amincit axialement vers le haut. La face extérieure 54 est un secteur angulaire de la surface extérieure 46. Les fentes 50 confèrent au conducteur thermique 18 une déformabilité mécanique radiale. En particulier, elles confèrent à chaque bras 52 une flexibilité individuelle, chaque bras 52 étant propre à fléchir en cas d'effort d'expansion radial exercé sur la face intérieure 56 du bras 52. Tel que représenté sur la figure 2, l'élément de serrage 20 est insérable axialement dans l'évidement 42 entre les bras 52 de manière à provoquer un écartement radial des bras 52 vers l'extérieur du fait de l'insertion axiale de l'élément de serrage 20. L'élément de serrage 20 a une forme complémentaire de l'évidement 42. L'élément de serrage 20 possède une forme générale tronconique inversée convergeant vers le fond de l'évidement 42. Il présente une surface d'appui 64 tronconique complémentaire de la surface intérieure 46 de la portion axiale 40. L'élément de serrage 20 est insérable axialement dans l'évidement 42 de façon à mettre la surface d'appui 64 en appui contre les faces intérieures 56 des bras 52 de façon à les écarter radialement vers l'extérieur. L'élément de serrage 20 comprend un trou 66 de passage de la vis 22. La vis 22 présente un filetage extérieur adapté pour un vissage dans l'alésage 45 du noyau 36. La vis 22 permet de serrer axialement l'élément de serrage 20 contre le conducteur thermique 18. L'élément ressort 24 est disposé axialement entre l'épaulement défini par la collerette 49 et la périphérie de l'orifice 30 de façon à solliciter le conducteur thermique 18 axialement vers le bas en direction du composant dissipatif 10. L'élément ressort 24 comprend au moins un ressort 68 entourant le conducteur thermique, et en particulier plusieurs ressorts 68 empilés axialement entourant le conducteur thermique 18. Le(s) ressort(s) 68 est(sont) un(des) ressort(s) ondulé(s) circonférentiellement. D'autres types de ressort sont envisageables. En fonctionnement, lors du montage du dispositif de dissipation de chaleur 6 sur la carte 8, initialement l'élément de serrage 20 n'est pas serré et le conducteur thermique 18 est mobile axialement dans l'orifice 30. L'élément ressort 24 sollicite le conducteur thermique 18 en appui par sa surface inférieure 44 contre le composant dissipatif 10. L'élément ressort permet de s'adapter à la hauteur du composant dissipatif 10 et de maîtriser la pression exercée sur ce dernier. Le conducteur thermique 18 vient en appui par sa première surface de contact 44 contre le composant dissipatif 10, et plus spécifiquement dans l'exemple illustré contre la région centrale 14, par l'intermédiaire du film 15. Un jeu J est ménagé entre l'extrémité inférieure libre de la paroi axiale 40 et la région périphérique 12 pour éviter un contact entre ces éléments. Ensuite, l'élément de serrage 20 est serré axialement contre le conducteur thermique 18 à l'aide de la vis 22 ce qui génère un effort radial d'expansion exercé sur les bras 52 et dirigé radialement vers l'extérieur. Les bras 52 tendent à s'écarter par une légère flexion en particulier une flexion de leurs parties de liaison 58. II en résulte que la surface extérieure 46 de la portion axiale 40 est pressée en appui contre la surface interne 32 de l'orifice 30. En particulier, chaque bras 52 est pressé par l'élément de serrage 20 en appui par sa face extérieure 54 contre la surface interne 32 de l'orifice 30. Le conducteur thermique 18 insérable axialement dans l'orifice 30 et déformable radialement permet d'assurer un bon contact thermique d'une part entre le conducteur thermique 18 et le composant dissipatif 10, et, d'autre part, entre le conducteur thermique 18 et le dissipateur thermique 16. Le coulissement du conducteur thermique 18 dans l'orifice 30 permet d'assurer le contact thermique entre le conducteur thermique 18 et le composant dissipatif 10. La mise en pression des bras 52 contre la surface interne 32 de l'orifice 30 assure un bon contact thermique, et également la fixation axiale du conducteur thermique 18 dans l'orifice 32, par friction. En pratique, l'ajustement entre la surface externe 46 à l'état libre et l'orifice 30 est un ajustement juste ou un ajustement avec un jeu faible, de l'ordre de quelques microns ou de quelques dixièmes de millimètres. II en résulte que le conducteur thermique 18 est insérable et coulissant dans l'orifice 30, et que le serrage de l'élément de serrage 20 permet par une très légère flexion des bras 52, de générer simultanément un contact étendue entre le conducteur thermique 18 et la surface interne 32 de l'orifice 30 et un effort de friction élevé propre à assurer la fixation axiale du conducteur thermique 18 dans l'orifice 30. La mobilité axiale du conducteur thermique 18 avant le serrage permet d'utiliser le conducteur thermique 18 pour des composant dissipatifs 10 de différentes hauteurs. La déformation élastique du conducteur thermique 18 permet un retour à l'état initial une fois l'élément de serrage 20 desserré, et le démontage aisé du conducteur thermique 18. Dans les exemples illustrés, le dissipateur thermique 16 est dédié à un seul composant dissipatif 10. En variante, un dissipateur thermique est associé à plusieurs composants dissipatifs. Le dispositif de dissipation de chaleur comprend dans ce cas un conducteur thermique respectif associé à chaque composant dissipatif. Les composants dissipatifs présentent la même hauteur ou des hauteurs différentes. Le film 15 améliore le contact thermique entre le conducteur thermique 18 et le composant dissipatif en absorbant les irrégularités des surfaces, notamment la rugosité du conducteur thermique 18. Le mode de réalisation de la Figure 4 diffère de celui des Figures 1 à 3 par les moyens de serrage axial de l'élément de serrage 20 sur le conducteur thermique 18. Dans ce mode de réalisation, les organes de serrage sont intégrés au conducteur thermique 18 et à l'élément de serrage 20 de sorte qu'une vis supplémentaire n'est pas nécessaire. Plus particulièrement, le noyau 36 est fileté extérieurement et l'élément de serrage 20 comprend un alésage 74 fileté intérieurement propre à coopérer avec le filetage extérieur du noyau 36. L'élément de serrage 20 comprend par ailleurs un empreinte 76 de réception d'une tête d'outil d'entraînement en rotation de l'élément serrage 20. L'empreinte 76 illustrée est hexagonale à six pans. D'autres types d'empreintes sont envisageables, telle qu'il empreinte multilobée, en empreinte en croix, ou une fente. En option, le dispositif de dissipation de chaleur comprend des moyens d'indexation angulaire du conducteur thermique 18 par rapport au dissipateur thermique 16 en rotation autour de l'axe A. Les moyens d'indexation angulaire se présente par exemple sous la forme d'au moins élément d'indexation saillant prévu sur le dissipateur thermique 16 et s'insérant dans une fente 50 du conducteur thermique 18 lorsque celui-ci comprend de telles fentes. En variante ou en option, les moyens d'indexation angulaire comprennent au moins un élément d'indexation saillant prévu sur l'un du conducteur thermique 18 et du dissipateur thermique 16 propre à être engagé dans un évidement d'indexation complémentaire prévu sur l'autre parmi le conducteur thermique 18 et le dissipateur thermique 16. REVENDICATIONS1.- Dispositif de dissipation de chaleur comprenant un dissipateur thermique (16) muni d'un orifice (30) présentant une surface interne (32) et s'étendant suivant un axe (A), un conducteur thermique (18) propre à conduire de la chaleur entre un composant dissipatif de chaleur et le dissipateur thermique (16), le conducteur thermique (18) comprenant une première surface de contact avec un composant dissipatif et une deuxième surface de contact avec la surface interne (32), caractérisé en ce que le conducteur thermique (18) est insérable axialement dans l'orifice (30) et mécaniquement déformable radialement de manière à presser la deuxième surface de contact (46) radialement vers l'extérieur contre la surface interne (32) de l'orifice (30). 2.- Dispositif selon la revendication 1, comprenant un élément de serrage (20) insérable axialement dans un évidement (42) axial du conducteur thermique de manière à exercer un effort de déformation radiale sur le conducteur thermique. 3.- Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'élément de serrage est propre à exercer un effort radial de déformation du fait d'un effort axial d'insertion de l'élément de serrage dans l'évidement (42). 4.- Dispositif selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le conducteur thermique (18) et l'élément de serrage (20) comprennent des surfaces tronconiques complémentaires propres à venir en contact mutuel du fait de l'insertion axiale de l'élément de serrage (20) dans l'évidement (42). 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, comprenant des organes de serrage axial de l'élément de serrage (20) sur le conducteur thermique (18). 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le conducteur thermique (18) est propre à se déformer radialement élastiquement sous l'effet de l'élément de serrage. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel le conducteur thermique (18) comprend un noyant central (36) et une pluralité de bras (52) s'étendant à partir du noyau (36) en étant séparés par des fentes (50) radiales et en délimitant entre eux l'évidement (42), chaque bras (52) présentant une face extérieure (56) définissant un secteur angulaire de la deuxième surface de contact (46). 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un ressort (68) disposé entre le dissipateur thermique (16) et le conducteur thermique (18) de manière à solliciter le conducteur thermique axialement. 9.- Carte électronique comprenant un support (8), au moins un composant électronique (10) disposé sur le support (8) et un dispositif de dissipation de chaleur (6)selon l'une quelconque des revendications précédentes, le conducteur thermique (18) étant en contact thermique avec le composant électronique (10).