Brevet FR3155404A1 — publié le 20250516

Titre : Dispositif de refroidissement configuré pour refroidir un module électronique L’invention a pour objet un dispositif de refroidissement (3) configuré pour refroidir un module électronique (2) comprenant notamment une carte électronique (4) sur laquelle sont montés une pluralité de composants électroniques (5), le dispositif de refroidissement comportant : une enceinte (10) configurée pour recevoir le module électronique (2), un fluide d’immersion (100) dans lequel est au moins partiellement immergé le module électronique (2), le fluide d’immersion contenant un fluide diélectrique et au moins un matériau formant barrière électromagnétique mélangé au fluide diélectrique. Figure pour l’abrégé : Fig.1 Dispositif de refroidissement configuré pour refroidir un module électronique La présente invention concerne notamment un dispositif de refroidissement configuré pour refroidir un module électronique. Il est connu, dans le cadre d’un refroidissement d’une carte électronique de puissance, comme celle utilisée dans un convertisseur DCDC (ce convertisseur étant destiné à transformer une tension d'un courant continu d’une première valeur de tension à une deuxième valeur de tension) ou un onduleur Haute Tension, d’employer un liquide de refroidissement circulant dans une plaque qui est en contact avec la carte électronique. Un tel système implique un débit de fluide important et est énergivore. De plus, l’architecture de la carte électronique peut compliquer l’accès, en termes de refroidissement, aux composants les plus chauds. La présente invention vise notamment à améliorer encore la régulation thermique, en particulier le refroidissement, d’un module électronique, tout en permettant une bonne protection CEM (compatibilité électromagnétique). L’invention a ainsi pour objet un dispositif de refroidissement configuré pour refroidir un module électronique comprenant notamment une carte électronique sur laquelle sont montés une pluralité de composants électroniques, le dispositif de refroidissement comportant : une enceinte configurée pour recevoir le module électronique, un fluide d’immersion dans lequel est au moins partiellement immergé le module électronique, le fluide d’immersion contenant un fluide diélectrique et au moins un matériau formant barrière électromagnétique mélangé au fluide diélectrique. Dans l’invention, les composants peuvent être complètement immergés. Grâce à l’invention, le refroidissement des composants électroniques se fait par un contact direct avec le fluide d’immersion. Par ailleurs, l’invention permet d’atténuer/supprimer les émissions d’ondes électromagnétiques susceptibles de perturber de manière indésirable le fonctionnement des composants électroniques. L’invention permet ainsi d’obtenir une bonne protection en matière de compatibilité électromagnétique ou CEM (en anglais, « electromagnetic compatibility » ou EMC), autour du module électronique, de manière relativement simple, car cette barrière électromagnétique est obtenue par le fluide d’immersion lui-même et il n’est pas nécessaire de prévoir des composants barrière CEM additionnels. Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau formant barrière électromagnétique est choisi pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques dans une bande spectrale d’absorption prédéterminée. Selon l’un des aspects de l’invention, la bande spectacle d’absorption prédéterminée contient au moins le spectre des ondes radio. Selon l’un des aspects de l’invention, la bande spectrale d’absorption prédéterminée contient, outre le spectre des ondes radio, au moins une partie du spectre micro-ondes et/ou au moins une partie du spectre grandes ondes. Selon l’un des aspects de l’invention, la bande spectrale d’absorption prédéterminée couvre les longueurs d’onde de 10 -2 à 10 8 m. En absorbant/atténuant les longueurs d’onde dans cette bande spectacle prédéterminée, le fluide d’immersion permet d’obtenir une bonne protection CEM. Selon l’un des aspects de l’invention, le fluide diélectrique comporte huile. Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau formant barrière électromagnétique capable d’absorber/atténuer des radiations électromagnétiques prédéterminées contient des molécules ayant un coefficient d'absorption molaire suffisamment élevée dans la bande spectacle prédéterminée, pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques dans cette bande spectrale d’absorption prédéterminée. Selon l’un des aspects de l’invention, les molécules pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques sont choisies parmi des molécules à transition rotationnelle pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques, notamment dans le spectre des micro-ondes. Selon l’un des aspects de l’invention, les molécules pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques sont choisies parmi : l'anthracène qui est un composé chimique de formule C 14 H 10 ; l’eau (H 2 O) ; le dioxyde d’azote (N 2 O). Ces trois exemples de molécules permettent d’absorber/atténuer des radiations électromagnétiques dans le spectre micro-ondes. Selon l’un des aspects de l’invention, le fluide d’immersion contient un seul type de molécule pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques. En variante, le fluide d’immersion contient plusieurs types de molécule pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques. Par exemple, plusieurs types de molécules sont choisis pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques dans des spectres qui sont différents (par exemple qui peuvent se chevaucher mais qui restent différents). Selon l’un des aspects de l’invention, les molécules sont choisies de manière à éviter l’apparition d’arcs électriques lorsque le fluide d’immersion est parcouru par un courant électrique. Selon un autre des aspects de l’invention , le matériau formant barrière électromagnétique capable d’absorber/atténuer des radiations électromagnétiques prédéterminées contient des atomes à spin nucléaire choisis de sorte que, lorsqu'ils sont soumis à un rayonnement électromagnétique par exemple dans le spectre des ondes radio, les noyaux atomiques de ces atomes absorbent l'énergie du rayonnement. Selon l’un des aspects de l’invention, les atomes à spin nucléaire sont choisis parmi les éléments suivants : 1 H, 13 C, 17 O, 19 F, 31 P, 129 Xe. Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de refroidissement comporte un dispositif de génération d’un champ magnétique pour agir sur le spin nucléaire des atomes de sorte qu’ils absorbent l'énergie du rayonnement. Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de génération d’un champ magnétique est une inductance propre (ou « self-inductance » en anglais), notamment appartenant au module à refroidir. En variante, le dispositif de génération d’un champ magnétique est une inductance propre (ou « self-inductance » en anglais) appartenant à un composant distinct du module à refroidir. Selon encore un autre des aspects de l’invention , le matériau formant barrière électromagnétique capable d’absorber/atténuer des radiations électromagnétiques prédéterminées contient des particules, notamment ferromagnétiques, notamment de tailles nanométriques. Selon l’un des aspects de l’invention, les particules sont dispersées dans le fluide diélectrique, notamment avec la présence d’agents dispersants tels que des molécules chargées, des tensioactifs ou des polymères. Selon l’un des aspects de l’invention, les particules sont de type métallique, notamment de type ferrite avec de l’oxyde de fer. Selon l’un des aspects de l’invention, les particules sont dispersées dans un ferrofluide. Les ferrofluides sont notamment des suspensions colloïdales de nanoparticules ferromagnétiques ou ferrimagnétiques d'une taille de l'ordre de 10 nanomètres dans un solvant. Ces liquides deviennent magnétiques lors de l'application d'un champ magnétique extérieur tout en conservant leur stabilité colloïdale. Les ferrofluides permettent en outre d’améliorer le transfert thermique au sein du dispositif de refroidissement. En effet les particules (dans le ferrofluide) chauffées au-delà de la température de Curie perdent leur aimantation et baissent en température. Il est ainsi d’obtenir un équivalent de pompe à chaleur. Selon l’un des aspects de l’invention, l’enceinte est formée sur un boîtier en matière plastique ou, en variante, en métal notamment en aluminium. L’invention concerne un système comprenant un module électronique et un dispositif de refroidissement tel que précité, configuré pour refroidir le module électronique placée dans l’enceinte. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence au dessin schématique annexé d’autre part, sur lesquels : FIG. 1 La FIG. 1 est une représentation schématique, en coupe, d’un système selon un exemple de réalisation de l’invention, avec un module électronique dans une enceinte d’un dispositif de refroidissement. Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur. On a représenté, sur la FIG. 1 , un système 1 comprenant un module électronique 2 et un dispositif de refroidissement 3 selon un exemple de réalisation de l’invention, configuré pour refroidir le module électronique 2. Le module électronique 2 fait partie d'un convertisseur DCDC, ou un ondulateur Haute tension, notamment pour véhicule automobile. Le module électronique 2 comprend par exemple une carte électronique sur laquelle sont montés une pluralité de composants électroniques, dont des transistors de type MOSFET et/ou des inductances, ces exemples n’étant pas exhaustifs. Le dispositif de refroidissement 3 comporte une enceinte 10 configurée pour recevoir le module électronique 2, et pour être remplie d’un fluide d’immersion 100. Ce fluide d’immersion sert à refroidir les composants du module électronique 2 par contact du fluide d’immersion 100 avec ces composants. L’enceinte 10 est formée par un boîtier 12 réalisé en matière plastique. Le dispositif de refroidissement 3 comporte en outre un couvercle 11, également en matière plastique, configuré pour fermer l’enceinte 10 de manière étanche. L’enceinte 10 est alimentée en fluide d’immersion par une entrée de fluide 14 et ce fluide est évacuée par la sortie de fluide 15 après avoir circulé dans l’enceinte 10. Le fluide sort de l’enceinte 10 plus chaud qu’à l’entrée de fluide 14. Les entrées de fluide 14 et sortie de fluide 15 font par exemple partie d’un circuit de fluide équipé d’un compresseur pour la mise en mouvement forcé du fluide. Le module électronique 2 est posé par exemple sur des plots 17 de telle sorte que du fluide d’immersion 100 puisse s’écouler sous le module électronique 2. Le fluide d’immersion 100 dans lequel est immergé le module électronique 2 contient un fluide diélectrique tel qu’une huile diélectrique, et un matériau formant barrière électromagnétique mélangé au fluide diélectrique. Le matériau formant barrière électromagnétique est choisi pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques dans une bande spectrale d’absorption prédéterminée, qui contient le spectre des ondes radio et au moins une partie du spectre micro-ondes et au moins une partie du spectre grandes ondes. La bande spectrale d’absorption prédéterminée couvre les longueurs d’onde de 10 -2 à 10 8 m. En absorbant/atténuant les longueurs d’onde dans cette bande spectacle prédéterminée, le fluide d’immersion permet d’obtenir une bonne protection CEM. Dans un premier exemple de mise en œuvre de l’invention, le matériau formant barrière électromagnétique capable d’absorber/atténuer des radiations électromagnétiques prédéterminées contient des molécules ayant un coefficient d'absorption molaire suffisamment élevée dans la bande spectacle prédéterminée, pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques dans cette bande spectrale d’absorption prédéterminée. Les molécules pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques sont choisies parmi des molécules à transition rotationnelle pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques, notamment dans le spectre des micro-ondes. Les molécules pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques sont choisies parmi : l'anthracène qui est un composé chimique de formule C 14 H 10 ; l’eau (H 2 O) ; le dioxyde d’azote (N 2 O). Ces trois exemples de molécules permettent d’absorber/atténuer des radiations électromagnétiques dans le spectre micro-ondes. Le fluide d’immersion 100 contient un seul type de molécule pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques, plusieurs types de molécule pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques. Par exemple, plusieurs types de molécules sont choisis pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques dans des spectres qui sont différents (par exemple qui peuvent se chevaucher mais qui restent différents). Les molécules sont choisies de manière à éviter l’apparition d’arcs électriques lorsque le fluide d’immersion 100 est parcouru par un courant électrique. Dans un autre exemple de mise en œuvre de l’invention, le matériau formant barrière électromagnétique capable d’absorber/atténuer des radiations électromagnétiques prédéterminées contient des atomes à spin nucléaire choisis de sorte que, lorsqu'ils sont soumis à un rayonnement électromagnétique par exemple dans le sceptre des ondes radio, les noyaux atomiques de ces atomes absorbent l'énergie du rayonnement. Les atomes à spin nucléaire sont choisis parmi les éléments suivants : 1 H, 13 C, 17 O, 19 F, 31 P, 129 Xe. Le dispositif de refroidissement 3 comporte un dispositif de génération d’un champ magnétique pour agir sur le spin nucléaire des atomes de sorte qu’ils absorbent l'énergie du rayonnement. Le dispositif de génération d’un champ magnétique est une inductance propre (ou « self-inductance » en anglais), notamment appartenant au module à refroidir, ou est une inductance propre appartenant à un composant distinct du module à refroidir. Dans encore un autre exemple de mise en œuvre de l’invention, le matériau formant barrière électromagnétique capable d’absorber/atténuer des radiations électromagnétiques prédéterminées contient des particules, notamment ferromagnétiques, notamment de tailles nanométriques. Les particules sont dispersées dans le fluide diélectrique, notamment avec la présence d’agents dispersants tels que des molécules chargées, des tensioactifs ou des polymères. Les particules sont de type métallique, notamment de type ferrite avec de l’oxyde de fer. Dans un exemple de réalisation de l’invention, les particules sont dispersées dans un ferrofluide. Les ferrofluides sont notamment des suspensions colloïdales de nanoparticules ferromagnétiques ou ferrimagnétiques d'une taille de l'ordre de 10 nanomètres dans un solvant. Ces liquides deviennent magnétiques lors de l'application d'un champ magnétique extérieur tout en conservant leur stabilité colloïdale. Les ferrofluides permettent en outre d’améliorer le transfert thermique au sein du dispositif de refroidissement. En effet les particules (dans le ferrofluide) chauffées au-delà de la température de Curie perdent leur aimantation et baissent en température. Il est ainsi d’obtenir un équivalent de pompe à chaleur. Dispositif de refroidissement (3) configuré pour refroidir un module électronique (2) comprenant notamment une carte électronique (4) sur laquelle sont montés une pluralité de composants électroniques (5), le dispositif de refroidissement comportant : une enceinte (10) configurée pour recevoir le module électronique (2), un fluide d’immersion (100) dans lequel est au moins partiellement immergé le module électronique (2), le fluide d’immersion contenant un fluide diélectrique et au moins un matériau formant barrière électromagnétique mélangé au fluide diélectrique. Dispositif de refroidissement (3) selon la revendication précédente, dans lequel le matériau formant barrière électromagnétique est choisi pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques dans une bande spectrale d’absorption prédéterminée, la bande spectacle d’absorption prédéterminée contenant notamment au moins le spectre des ondes radio. Dispositif de refroidissement (3) selon la revendication précédente, dans lequel la bande spectrale d’absorption prédéterminée contient : - le spectre des ondes radio, et - au moins une partie du spectre micro-ondes et/ou au moins une partie du spectre grandes ondes. Dispositif de refroidissement (3) selon la revendication précédente, dans lequel les molécules pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques sont choisies parmi des molécules à transition rotationnelle pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques, notamment dans le spectre des micro-ondes. Dispositif de refroidissement (3) selon la revendication précédente, dans lequel les molécules pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques sont choisies parmi : l'anthracène qui est un composé chimique de formule C 14 H 10 ; l’eau (H 2 O) ; le dioxyde d’azote (N 2 O). Dispositif de refroidissement (3) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le fluide d’immersion contient un seul type de molécule pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques, ou plusieurs types de molécule pour absorber/atténuer des radiations électromagnétiques. Dispositif de refroidissement (3) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le matériau formant barrière électromagnétique capable d’absorber/atténuer des radiations électromagnétiques prédéterminées contient des atomes à spin nucléaire choisis de sorte que, lorsqu'ils sont soumis à un rayonnement électromagnétique par exemple dans le spectre des ondes radio, les noyaux atomiques de ces atomes absorbent l'énergie du rayonnement. Dispositif de refroidissement (3) selon la revendication précédente, dans lequel les atomes à spin nucléaire sont choisis parmi les éléments suivants : 1 H, 13 C, 17 O, 19 F, 31 P, 129 Xe. Dispositif de refroidissement (3) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le matériau formant barrière électromagnétique capable d’absorber/atténuer des radiations électromagnétiques prédéterminées contient des particules, notamment ferromagnétiques, notamment de tailles nanométriques, les particules étant notamment de type métallique, notamment de type ferrite avec de l’oxyde de fer. Dispositif de refroidissement (3) selon la revendication précédente, dans lequel les particules sont dispersées dans un ferrofluide. Dispositif de refroidissement (3) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’enceinte (10) est formée sur un boîtier (12) en matière plastique ou, en variante, en métal notamment en aluminium. Système (1) comprenant un module électronique (2) et un dispositif de refroidissement (3) selon l’une des revendications précédentes, configuré pour refroidir le module électronique placée dans l’enceinte (10).