Brevet FR3083958A1 — publié le 20200117

L'invention a pour domaine technique les dispositifs électroniques et plus particulièrement la dissipation thermique de la chaleur générée par de tels dispositifs. Les dispositifs électroniques, tels que des transistors ou des convertisseurs, sont soumis à un effet Joules important créant un dégagement thermique. Un dispositif 5 électronique est généralement disposé dans un boîtier afin de le protéger de son environnement et est connecté à un circuit imprimé 1 par l'intermédiaire de broches de connexion 2b. La chaleur ainsi générée par effet Joules dans le dispositif s'accumule rapidement dans le boîtier 2a et doit être évacuée sous peine de s'accumuler dans le dispositif jusqu'à en empêcher le fonctionnement voire jusqu'à la destruction par fonte ou 10 combustion. Afin d'éviter cela, il est communément accepté d'utiliser des dispositifs de dissipation thermique tels qu'illustré par la figure 1, comprenant généralement une plaque froide 4a (« cold plate » en langue anglaise) en contact avec un boîtier 2a. Selon le mode de réalisation choisi, la plaque froide 4a est thermiquement 15 reliée au corps 3 du dispositif de dissipation thermique telle qu'une masse à forte capacité thermique pour former un puits thermique (« Heat Sink » en langue anglaise) et/ou une grande surface d'échange pour former un dissipateur thermique, soit par contact direct, soit par l'intermédiaire d'un caloduc permettant le transport de la chaleur générée. En dépit d'un usinage de précision, le jeu fonctionnel inhérent à la 20 performance thermique n'est pas optimum du fait de la présence du dispositif électronique produisant l'effet Joules ayant par construction des tolérances importantes, ce qui réduit la conductivité thermique efficace du dispositif de dissipation thermique. Afin d'améliorer ce contact, une pâte thermique présentant une forte conductivité thermique est employée afin d'assurer l'interface entre la plaque froide 4a et 25 le boîtier 2a du dispositif électronique. Dans un mode de réalisation préféré, cette pâte thermique est électriquement isolante de sorte à éviter tout court-circuit. Le dispositif de dissipation thermique permet alors de dissiper la chaleur générée par le dispositif électronique au niveau du boîtier 2a, tel qu'illustré sur la figure 2. La flèche (13 illustre le flux thermique. 30 Les performances de tels dispositifs de dissipation thermique sont alors limitées par la conductivité thermique de chaque élément impliqué, la conductivité thermique étant généralement liée aux matériaux employés. Apres une importante période de recherche lors de l'avènement de la micro-électronique, il apparaît que les matériaux actuellement employés ne peuvent être 35 améliorés pour permettre d'augmenter la conductivité thermique efficace des dispositifs de dissipation thermique. 2 Les autres axes de recherche impliquent la substitution de l'air ambiant par des gaz à forte conductivité thermique pour améliorer la conductivité thermique efficace des moyens de dissipation, ou l'utilisation de caloporteurs importants afin de transporter la chaleur vers des puits thermiques plus massifs. Ces solutions ne sont toutefois pas applicables aux dispositifs électroniques communément employés en automobile. Toutefois, il demeure un besoin pour des dispositifs de dissipation thermique présentant une dissipation améliorée par rapport à l'existant pour un volume ou une masse de matière similaire et fonctionnant dans l'air ambiant. L'invention a pour objet un dispositif de dissipation thermique comprenant un corps et au moins une plaque froide principale en contact avec le au moins un boîtier d'un dispositif électronique, le dispositif électronique étant muni par ailleurs d'au moins deux broches de raccordement à un circuit imprimé et générant de la chaleur lorsqu'il est en activité, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une plaque froide secondaire en contact avec le circuit imprimé à proximité des broches de raccordement. Le dispositif peut comprendre au moins un via aménagé dans le circuit imprimé à côté de là au moins une broche de raccordement, chaque via comprenant un matériau dont la conductivité thermique est supérieure à la conductivité thermique du circuit imprimé. La plaque froide secondaire peut être en contact direct ou indirect avec au 20 moins un via. Un via peut être rempli d'un matériau composite à base de graphite ou de métal. Des vias peuvent être formés dans une zone de dissipation adjacente à une zone de connexion dans laquelle plusieurs broches de raccordement du dispositif 25 électronique sont connectées au circuit imprimé, la première zone de dissipation étant distincte de la zone en regard du boîtier du dispositif électronique Les vias d'une zone de dissipation peuvent former un réseau périodique. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et 30 faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 illustre les principaux éléments d'un dispositif de dissipation thermique selon l'état de l'art, la figure 2 illustre les flux thermiques dans un dispositif de dissipation thermique selon l'état de l'art, 35 - la figure 3 illustre les principaux éléments d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de dissipation thermique muni d'une plaque froide secondaire selon l'invention, 3 la figure 4 illustre les flux thermiques dans un dispositif de dissipation thermique muni d'une plaque froide secondaire selon un premier mode de réalisation, et - la figure 5 illustre les principaux éléments d'un deuxième mode de 5 réalisation d'un dispositif de dissipation thermique muni d'une plaque froide secondaire selon l'invention. Dans un dispositif électronique, la chaleur générée dans les composants est transmise au boîtier 2a ainsi qu'aux broches de raccordement 2b. Comme on l'a exposé en introduction, les dispositifs de dissipation thermique 10 actuels permettent d'évacuer la chaleur du boîtier 2a. Toutefois, la partie de la chaleur qui diffuse par les broches de raccordement 2b n'est pas prise en charge. Cette chaleur diffuse jusque dans le circuit imprimée où elle a des effets néfastes. Pour remédier à cela et améliorer la conductivité thermique effective du dispositif de dissipation thermique, l'invention prévoit que le dispositif de dissipation 15 thermique employé afin de refroidir le boîtier 2a du dispositif électronique est modifié afin de prévoir au moins une plaque froide secondaire 4b disposée en contact direct ou indirect avec le circuit imprimée à proximité de la zone de connexion des broches de connexion au circuit imprimé, et en contact thermique par l'intermédiaire d'une pate thermique. La figure 3 montre un vue éclatée d'un tel arrangement. Un dispositif de dissipation thermique ainsi modifié présente une conductivité thermique efficace améliorée par rapport à l'état de l'art du fait de la prise en compte des flux de chaleur transitant par les broches de raccordement du dispositif électronique. La figure 4 illustre une vue de coté de l'arrangement, et montre les principaux flux thermiques par l'intermédiaire des flèches numérotées e, .1)1, .1)2. Dans un deuxième mode de réalisation illustré par la figure 5, l'invention prévoit également au moins un via 5 formé dans le circuit imprimé 1 à proximité des broches de raccordement 2b de sorte à former des zones de piégeage thermique (« Heat trap » en langue anglaise). Dans un mode de réalisation préféré, ces vias sont remplis d'un matériau à forte conductivité thermique, tel que du graphite ou un métal. La chaleur circulant dans les broches de raccordement 2b diffuse dans le circuit imprimé 1 au niveau des points de connexion des broches de raccordement 2b aux pistes électriques du circuit imprimé. Une fois dans le circuit imprimé et dans les pistes électriques, cette chaleur diffuse en fonction des lois de la diffusion thermique vers les zones de plus grande conductivité thermique. Les vias 5 formés dans le circuit imprimé 1 dans le cadre de l'invention présentent une conductivité thermique plus élevée que les autres éléments du circuit imprimé 1 de sorte que la chaleur dissipée y est attirée. 4 Afin d'éviter de créer de nouveaux points chauds, le dispositif de dissipation thermique employé afin de refroidir le boîtier du dispositif électronique et le circuit imprimé décrit dans le premier mode de réalisation est modifié de sorte qu'au moins une plaque froide secondaire 4b est disposée en regard de chaque via 5 ou groupe de via 5, et en 5 contact thermique par l'intermédiaire d'une pâte thermique. Un dispositif de dissipation thermique ainsi modifié combiné à un circuit imprimé 1 muni d'au REVENDICATIONS1. Dispositif de dissipation thermique comprenant un corps (3) et au moins une plaque froide principale (4a) en contact avec le au moins un boîtier (2a) d'un dispositif électronique (2), le dispositif électronique (2) étant muni par ailleurs d'au moins deux broches de raccordement (2b) à un circuit imprimé (1) et générant de la chaleur lorsqu'il est en activité, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une plaque froide secondaire (4b) en contact avec le circuit imprimé (1) à proximité des broches de raccordement (2) 2. Ensemble comprenant un dispositif de dissipation thermique selon la revendication 1, et le circuit imprimé (1) dans lequel est ménagé au moins un via (5) à côté de la au moins une broche de raccordement (2b), chaque via (5) comprenant un matériau dont la conductivité thermique est supérieure à la conductivité thermique du circuit imprimé. 3. Ensemble selon la revendication 2, dans lequel la plaque froide secondaire (4b) est en contact direct ou indirect avec au moins un via (5). 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel un via (5) est rempli d'un matériau composite à base de graphite ou de métal. 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel des vias (5) sont formés dans une zone de dissipation adjacente à une zone de connexion dans laquelle plusieurs broches de raccordement (2b) du dispositif électronique sont connectées au circuit imprimé (1), la première zone de dissipation étant distincte de la zone en regard du boîtier (2a) du dispositif électronique 6. Ensemble selon la revendication 5, dans lequel les vias (5) d'une zone de dissipation forment un réseau périodique.