WO2025002903A1 - Dispositif de refroidissement configure pour refroidir un module electronique - Google Patents

Dispositif de refroidissement configure pour refroidir un module electronique Download PDF

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WO2025002903A1
WO2025002903A1 PCT/EP2024/066889 EP2024066889W WO2025002903A1 WO 2025002903 A1 WO2025002903 A1 WO 2025002903A1 EP 2024066889 W EP2024066889 W EP 2024066889W WO 2025002903 A1 WO2025002903 A1 WO 2025002903A1
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heat transfer
cover
cooling device
channel
section
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Cedric DE-VAULX
Erwan ETIENNE
Kamel Azzouz
Jean-Christophe Lhermitte
Francois PELLIER
Florian PIQUET
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20218—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20236—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures by immersion

Definitions

  • the present invention relates in particular to a cooling device configured to cool an electronic module.
  • the present invention aims in particular to further improve the thermal regulation, in particular the cooling, of an electronic module.
  • the invention thus relates to a cooling device configured to cool an electronic module comprising an electronic card on which a plurality of electronic components are mounted, the cooling device comprising:
  • an enclosure configured to receive the electronic card and the electronic components, and to be filled with a dielectric fluid intended to immerse the electronic components, the enclosure comprising in particular at least one member for holding the electronic card, a cover configured to close the enclosure and comprising at least one rib to form, in the enclosure, a dielectric fluid circulation channel with at least one section with higher heat transfer than outside this section, configured to locally cool the electronic module.
  • the components are completely immersed, in particular without air or gas resulting from a phase change of dielectric fluid.
  • the cooling of the electronic components is done by direct contact with the dielectric cooling fluid. This is advantageous compared to state-of-the-art systems which have thermal interfaces, for example formed by plates.
  • the higher heat transfer section is configured to allow a higher heat exchange coefficient between the dielectric fluid and some of the electronic components. This heat exchange coefficient is notably chosen better along this higher heat transfer section compared to other dielectric fluid areas in the enclosure. It should be noted that this higher heat transfer section is specially designed to improve the heat transfer coefficient in several possible ways, as will be seen below.
  • the invention thus allows differentiated cooling on the different electronic components of the electronic module.
  • the cooling capacity is higher on the components that need more cooling (even if it means generating more local pressure losses) while the cooling capacity on the other components can be designed to be lower.
  • the invention thus allows a good compromise between the cooling of components (for example transistors) that give off a lot of heat and the maintenance of pressure losses at an acceptable level by not excessively forcing the cooling capacity where it is not necessary.
  • the fluid circulation channel is configured to direct dielectric fluid towards electronic components to be cooled.
  • the circulation channel is formed between two substantially parallel ribs of the cover.
  • the higher heat transfer section is configured to locally accelerate the dielectric fluid flowing in this higher heat transfer section.
  • the higher heat transfer section has a passage section (or hydraulic section) which is smaller than a passage section of the channel outside this higher heat transfer section.
  • the higher heat transfer section has a width between two side walls that is smaller than a width of the channel outside this higher heat transfer section.
  • the higher heat transfer section does not necessarily have the smallest flow area, or width, over the entire flow channel.
  • This passage section, or the width of the section is in any case chosen to be as small as possible taking into account the dimensions of the electronic components to be cooled in this section. [16] This smallest possible passage section, or width, of the channel ensures that the dielectric fluid passes through this section with a sufficient flow speed to have satisfactory heat transfer.
  • the higher heat transfer section extends over only a portion of the channel, between a fluid inlet of the channel and a fluid outlet of the channel.
  • the channel has sections with higher heat transfer with means for increasing the heat exchange coefficient, and sections with lower heat transfer, in particular alternately.
  • the channel has at least one section with lower heat transfer which is, for example, devoid of means to increase the heat exchange coefficient.
  • the fluid circulation channel has at least two sections with higher heat transfer, separated from each other by a section with lower heat transfer.
  • the circulation channel forms a U or, alternatively, a succession of II defining a serpentine flow.
  • the circulation channel may be configured to allow a spiral flow.
  • the rib which delimits sections of the channel is configured to be permeable to the fluid which can thus pass through this rib, for example because this rib does not extend over the entire height of the channel.
  • the rib which delimits the dielectric fluid circulation channel forms a sealed wall, preventing fluid from passing through the wall from one face to the other.
  • the rib comprises an upper edge resting on the cover and a lower edge resting on a bottom of the enclosure, the rib comprising a flexible strip on its upper edge and/or its lower edge configured to ensure sealing of the junction of the wall with the cover and/or the bottom with respect to the fluid.
  • the higher heat transfer section has a lower height than the channel height in lower heat transfer sections.
  • the section with higher heat transfer has a lower height in line with the electronic components which heat up the most so as to reduce the hydraulic diameter and therefore improve the heat transfer coefficient.
  • the channel has a higher height so as to minimise pressure losses.
  • the higher heat transfer section comprises means for disturbing the fluid, in particular disruptors, also called “Dimples” in English, configured to generate turbulence in the fluid flow.
  • the disruptors comprise bosses formed inside the channels.
  • the disruptors may be formed by injection or machining.
  • the disruptors may have different shapes, for example a chevron shape, a circular shape, an oblong shape, a polygonal shape, for example square or rectangle.
  • the cover includes cooling fins positioned in the fluid flow in the higher heat transfer section.
  • the fins and/or the cover are made of an electrically insulating material.
  • the cooling fins are configured such that, when the cover is mounted on the enclosure, the fins bear on the electronic components to be cooled, potentially with compression of the fins, in particular compression of less than 5% of the height of the fin.
  • the cover comprises at least one heat sink, for example in the form of a metal block, placed in the section with higher heat transfer.
  • an insulator may be used between the heat sink and the cover to prevent unwanted electrical contact.
  • the heat sink is configured to be in contact with the electronic components to be cooled.
  • the heat sink is of a rigid type while the cooling fins described above can be compressed to a certain extent.
  • a flexible thermal interface may be provided allowing thermal contact between the heat sink and the electronic components without having to subject the electronic components to a compressive force likely to damage them.
  • the higher heat transfer section may comprise a combination of the elements described above, for example may comprise, on one portion, disruptors and, on another portion, cooling fins or a heat sink. It is possible to envisage different combinations.
  • the cover is electrically isolated from the electronic card and the electronic components on this card. [52] According to one aspect of the invention, the cover is configured to seal the enclosure.
  • the cover comprises a main wall.
  • the main wall comprises regions which are at different heights from the electronic card when the cover is placed on the enclosure.
  • the electronic components on the electronic card which may have different heights, can be integrated as close as possible to the cover thanks to these regions of different heights of the cover, minimizing the bulk and allowing good electrical insulation between its electronic components and the cover.
  • a space is provided between the electronic components on the electronic card and walls of the cover.
  • the cover comprises a plate, in particular stamped to form the rib(s) which define the circulation channel.
  • the cover can be made by injection.
  • the cover is produced by machining.
  • the cover is made of a plastic material, in particular a polymer.
  • the cover may also be made of a composite material with a polymer matrix and a mineral or plant filler.
  • the cover is made of metal such as aluminum.
  • the cover comprises a main wall surrounded by a raised edge relative to this main wall, such that when the cover is assembled with the enclosure, the main wall sinks further into the enclosure than the raised edge of the cover.
  • the main wall of the cover is located as close as possible to the electronic card and the electronic components.
  • the invention also relates to a system comprising an electronic module and a cooling device as described above, configured to cool the electronic module.
  • the zones to be cooled in a preferential manner comprise in particular transistors, in particular of the MOSFET type.
  • the electronic module is part of a DCDC converter, in particular for a motor vehicle.
  • the invention thus makes it possible to preferentially cool the areas which tend to heat up the most, in particular areas on the electronic card which group the transistors.
  • Such transistors in the case of a DCDC converter can generate more than half of the total heat loss.
  • the invention makes it possible to concentrate the cooling power mainly on the hot areas of the electronic card by increasing the flow rate and the heat exchange coefficient of the dielectric fluid which circulates in these areas.
  • the enclosure comprises a member for holding the electronic card, this holding member being for example a hollow column, for example threaded, allowing the card to be fixed there, for example using a screw.
  • Figure 1 is a schematic representation of a system according to an exemplary embodiment of the invention, with an electronic module in an enclosure of a cooling device;
  • Figure 2 is a side view of the system of Figure 1;
  • FIG. 3 is a perspective view, from below, of the cover of the cooling device illustrated in Figures 1 and 2;
  • Fig. 4 is a view, from below, of the cover of the cooling device illustrated in Figs. 1 and 2;
  • Figure 5 is a view, from below, of the cover of a cooling device according to another exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a schematic representation of cooling fins of a cooling device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 7 is a schematic representation of cooling fins of a cooling device according to another exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 8 is a schematic representation of cooling fins of a cooling device according to another exemplary embodiment of the invention
  • Fig. 9 is a schematic representation of cooling fins of a cooling device according to another exemplary embodiment of the invention.
  • Figures 1 and 2 show a system 1 comprising an electronic module 2 and a cooling device 3 according to an exemplary embodiment of the invention, configured to cool the electronic module.
  • the electronic module 2 is part of a DCDC converter, in particular for a motor vehicle.
  • the electronic module 2 comprises an electronic card 4 on which are mounted a plurality of electronic components 5, including MOSFET type transistors present in zones 6.
  • Areas 6 are to be cooled in a preferential manner because MOSFET type transistors tend to heat up more than other components. Such transistors in the case of a DCDC converter can generate more than half of the total heat loss, for a fraction of the total contact surface.
  • the cooling device 3 comprises an enclosure 10 configured to receive the electronic card 4 and the electronic components 5, and to be filled with a dielectric fluid intended to immerse the electronic components 5.
  • the enclosure includes members 11 for holding the electronic card 4.
  • the enclosure 10 is for example a single piece, made of plastic or metal, and is in the form of a tank.
  • the holding members 11 of the electronic card comprise hollow columns, for example threaded, allowing the card to be fixed there, for example using screws.
  • the cooling device 3 further comprises a cover 14 configured to close the enclosure 10 in a sealed manner.
  • the cover 14, produced by injection molding a plastic material, comprises a main wall 15 surrounded by a raised rim 16 relative to this main wall 15, such that when the cover 14 is assembled with the enclosure 10, the main wall 15 sinks further into the enclosure 10 than the raised rim 16 of the cover 14.
  • the main wall 15 of the cover is located as close as possible to the electronic card 4 and the electronic components 5.
  • the cover 14 comprises ribs 20 to form, in the enclosure 10, a circulation channel 17 of dielectric fluid with sections 21 with higher heat transfer than outside this section, configured to locally cool the electronic module 2.
  • the cover 14 comprises a stamped plate to form the ribs 20 which define the circulation channel.
  • the higher heat transfer sections 21 are configured to locally accelerate the dielectric fluid flowing through each higher heat transfer section 21 .
  • Each higher heat transfer section 21 has a passage section (or hydraulic section) which is smaller than a passage section of the channel outside this higher heat transfer section 21.
  • the higher heat transfer sections 21 extend over only certain portions of the channel 17, between a fluid inlet 25 of the channel and a fluid outlet 26 of the channel.
  • the channel 17 has sections with higher heat transfer 21 with means for increasing the heat exchange coefficient, and sections with lower heat transfer 27, alternately. These sections 21 and 27 follow one another, forming a flow in one or more successive U-shapes. Here, each section 21 and 27 extends over a straight branch of the U.
  • each rib 20 which delimits sections of the channel is configured to be permeable to the fluid which can thus pass through this rib, because this rib does not extend over the entire height of the channel 17, as can be seen in FIG. 2.
  • the rib 20 which delimits the dielectric fluid circulation channel forms a sealed wall, preventing fluid from passing through the wall from one face to the other.
  • a rib comprises a lower edge resting on a bottom of the enclosure or the electronic card, the rib comprising a flexible strip on its lower edge configured to ensure sealing of the junction of the wall with the bottom or the electronic card 4.
  • each higher heat transfer section 21 has a height H1 lower than the height H2 of the channel in lower heat transfer sections 27, as can be seen in Figure 2.
  • the section with higher heat transfer 21 has a lower height H1 at the level of the electronic components 5 which heat up the most so as to reduce the hydraulic diameter and therefore improve the heat transfer coefficient.
  • the channel has a higher height H2 so as to minimize pressure losses and therefore pressure drop drops.
  • the main wall 15 thus comprises regions which are at different heights from the electronic card when the cover 14 is placed on the enclosure 10.
  • Each higher heat transfer section 21 comprises means for disturbing the fluid, in particular disruptors 30, also called “Dimples” in English, configured to generate turbulence in the fluid flow.
  • the disruptors 30 comprise bosses formed inside the channel 17, which are produced by stamping a plate forming the cover 14.
  • the disruptors 30 may have a height in the channel which is between 25% and 40% of the height of the channel 17.
  • the cover 14 includes cooling fins 40 placed in the fluid flow in one of the higher heat transfer sections 21.
  • the cooling fins 40 and the remainder of the cover 14 are made of an electrically insulating material. It is thus possible to avoid unwanted electrical contact with electronic components 5.
  • the cooling fins 40 are configured such that, when the cover 14 is mounted on the enclosure 10, the fins 40 come to bear on the electronic components 5 to be cooled, potentially with a small compression of the fins 40, in particular a compression of less than 5% of the height of the fin.
  • a thermal interface for example a thermal paste, is provided between the fins 40 and the electronic components 5 so as to improve the thermal contact between them.
  • the cooling fins 40 are part of an insert 41 fixed to one of the higher heat transfer sections 21 on the cover 14.
  • the higher heat transfer section 21 receives three finned parts 41, arranged one after the other in the direction of flow.
  • Each finned part 41 is in thermal contact with two electronic components 5.
  • the finned parts 41 are for example glued or welded to the cover 14.
  • the cooling fins 40 may have different shapes. These fins may for example be straight and parallel to each other (figure 6), or else be wavy and parallel to each other (figure 7). These fins 40 may also form slots offset from one row to the next (figure 8). The fins 40 may be perforated (figure 9) instead of being solid.
  • the cover 14 comprises at least one heat sink, for example in the form of a metal block, placed in the higher heat transfer section 21, and the heat sink is configured to be in contact with the electronic components 5 to be cooled.
  • This heat sink is of the rigid type while the cooling fins 40 described above can be compressed to a certain extent.
  • a flexible thermal interface for example a thermal adhesive, may be provided, allowing thermal contact between the heat sink and the electronic components without having to subject the electronic components to a compressive force likely to damage them.
  • the higher heat transfer section 21 may comprise a combination of the elements described above, for example may comprise, on one portion, disruptors and, on another portion, cooling fins or a heat sink. It is possible to envisage different combinations
  • the cover 14 is electrically isolated from the electronic card 4 and the electronic components 5 on this card.

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Abstract

L'invention a pour objet un dispositif de refroidissement (3) configuré pour refroidir un module électronique (2) comprenant 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 la carte électronique (4) et les composants électroniques (5), et pour être remplie d'un fluide diélectrique destiné à immerger les composants électroniques, l'enceinte (10) comportant notamment au moins un organe de maintien de la carte électronique, - un couvercle (14) configuré pour fermer l'enceinte et comportant au moins une nervure pour former, dans l'enceinte, un canal de circulation de fluide diélectrique (17) avec au moins un tronçon à transfert thermique plus élevé (21) qu'en dehors de ce tronçon, configuré pour refroidir localement le module électronique.

Description

DESCRIPTION
TITRE : DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT CONFIGURE POUR REFROIDIR UN MODULE ELECTRONIQUE
[1] La présente invention concerne notamment un dispositif de refroidissement configuré pour refroidir un module électronique.
[2] 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), 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.
[3] La présente invention vise notamment à améliorer encore la régulation thermique, en particulier le refroidissement, d’un module électronique.
[4] L’invention a ainsi pour objet un dispositif de refroidissement configuré pour refroidir un module électronique comprenant une carte électronique sur laquelle sont montés une pluralité de composants électroniques, le dispositif de refroidissement comportant :
- une enceinte configurée pour recevoir la carte électronique et les composants électroniques, et pour être remplie d’un fluide diélectrique destiné à immerger les composants électroniques, l’enceinte comportant notamment au moins un organe de maintien de la carte électronique, un couvercle configuré pour fermer l’enceinte et comportant au moins une nervure pour former, dans l’enceinte, un canal de circulation de fluide diélectrique avec au moins un tronçon à transfert thermique plus élevé qu’en dehors de ce tronçon, configuré pour refroidir localement le module électronique.
[5] Dans l’invention, les composants sont complètement immergés, notamment sans air ou gaz issu d’un changement de phase de fluide diélectrique.
[6] Grace à l’invention, le refroidissement des composants électroniques se fait par un contact direct avec le fluide de refroidissement de type diélectrique. Ceci est avantageux comparativement à des systèmes de l’état de l’art qui présentent des interfaces thermiques, par exemple formées par des plaques.
[7] Selon l'invention, le tronçon à transfert thermique plus élevé est configuré pour permettre un coefficient d'échange thermique plus élevé entre le fluide diélectrique et certains des composants électroniques. Ce coefficient d'échange thermique est notamment choisi meilleur le long de ce tronçon à transfert thermique plus élevé comparativement à d'autres zones de fluide diélectrique dans l’enceinte. Il convient de noter que ce tronçon à transfert thermique plus élevé est spécialement aménagé pour améliorer le coefficient de transfert thermique, et ce, de plusieurs manières possibles, comme on va le voir plus bas.
[8] L'invention permet ainsi un refroidissement différencié sur les différents composants électroniques du module électronique. La capacité de refroidissement est plus forte sur les composants qui ont besoin davantage de refroidissement (quitte à générer localement davantage de pertes de charge) tandis que la capacité de refroidissement sur les autres composants peut être prévue moins élevée. L'invention permet ainsi un bon compromis entre le refroidissement des composants (par exemple des transistors) qui dégagent beaucoup de chaleur et le maintien des pertes de charge à un niveau acceptable en ne forçant pas outre mesure la capacité de refroidissement là où il n'est pas nécessaire.
[9] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal de circulation de fluide est configuré pour diriger du fluide diélectrique vers des composants électroniques à refroidir.
[10] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal de circulation est formé entre deux nervures sensiblement parallèles du couvercle.
[11] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon à transfert thermique plus élevé est configuré de manière à accélérer localement le fluide diélectrique qui circule dans ce tronçon à transfert thermique plus élevé.
[12] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon à transfert thermique plus élevé présente une section de passage (ou section hydraulique) qui est plus faible qu'une section de passage du canal en dehors de ce tronçon à transfert thermique plus élevé.
[13] Notamment, le tronçon à transfert thermique plus élevé présente une largeur entre deux parois latérales qui est plus faible qu'une largeur du canal en dehors de ce tronçon à transfert thermique plus élevé.
[14] Il convient de noter que le tronçon à transfert thermique plus élevé n'a pas nécessairement la section de passage, ou la largeur, la plus petite sur la totalité du canal de circulation.
[15] Cette section de passage, ou la largeur du tronçon, est en tout cas choisie la plus faible possible compte tenu des dimensions des composants électroniques à refroidir dans ce tronçon. [16] Cette section de passage, ou largeur, la plus faible possible du canal permet de garantir que le fluide diélectrique passe dans ce tronçon avec une vitesse d'écoulement suffisante pour avoir un transfert thermique satisfaisant.
[17] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon à transfert thermique plus élevé s'étend sur une portion seulement du canal, entre une entrée de fluide du canal et une sortie de fluide du canal.
[18] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal présente des tronçons à transfert thermique plus élevé avec des moyens pour augmenter le coefficient d’échange thermique, et des tronçons à transfert thermique plus bas, notamment en alternance.
[19] En dehors du tronçon à transfert thermique plus élevé, le canal présente au moins un tronçon à transfert thermique plus bas qui est, par exemple, dépourvu de moyens pour augmenter le coefficient d’échange thermique.
[20] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal de circulation de fluide présente au moins deux tronçons à transfert thermique plus élevé, séparées l'un de l'autre par un tronçon à transfert thermique plus bas.
[21] Le fluide entrant dans le canal passe ainsi successivement par des tronçons à transfert thermique plus élevé et des tronçons à transfert thermique plus bas.
[22] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal de circulation forme un U ou, en variante, une succession de II définissant un écoulement en serpentin. En variante, le canal de circulation peut être configuré pour permettre un écoulement en spirale.
[23] Selon l’un des aspects de l’invention, la nervure qui délimite des tronçons du canal est configurée pour être perméable au fluide qui peut ainsi traverser cette nervure, par exemple du fait que cette nervure ne s’étend pas sur toute la hauteur du canal.
[24] En variante, la nervure qui délimite le canal de circulation de fluide diélectrique forme une paroi étanche, empêchant du fluide de traverser la paroi d’une face à l’autre.
[25] Par exemple, la nervure comporte un bord supérieur en appui sur le couvercle et un bord inférieur en appui sur un fond de l’enceinte, la nervure comportant une bande souple sur son bord supérieur et/ou son bord inférieur configurée pour assurer une étanchéité de la jonction de la paroi avec le couvercle et/ou le fond vis-à-vis du fluide.
[26] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon à transfert thermique plus élevé présente une hauteur plus faible que la hauteur du canal dans des tronçons à transfert thermique plus bas. [27] Ainsi le tronçon à transfert thermique plus élevé présente une moindre hauteur au droit des composants électroniques qui chauffent le plus de sorte à réduire le diamètre hydraulique et donc améliorer le coefficient de transfert thermique.
[28] En dehors de ce tronçon à transfert thermique plus élevé, le canal présente une hauteur plus élevée de sorte à minimiser des pertes de charges.
[29] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon à transfert thermique plus élevé comporte des moyens de perturbation du fluide, notamment des perturbateurs, encore appelé « Dimples » en anglais, configurés pour générer des turbulences dans l'écoulement de fluide.
[30] Il est ainsi possible d'augmenter le coefficient de transfert thermique.
[31] Selon l’un des aspects de l’invention, les perturbateurs comportent des bossages formés à l'intérieur des canaux.
[32] Selon l’un des aspects de l’invention, les perturbateurs sont réalisés par emboutissage d’une plaque formant le couvercle.
[33] En variante, les perturbateurs peuvent être formés par injection ou par usinage.
[34] Selon l’un des aspects de l’invention, les perturbateurs sont sur des parois latérale et/ou supérieure du tronçon.
[35] Selon l’un des aspects de l’invention, les perturbateurs peuvent avoir différentes formes, par exemple une forme en chevron, une forme circulaire, une forme oblongue, une forme polygonale, par exemple carré ou rectangle.
[36] Selon l’un des aspects de l’invention, les perturbateurs peuvent avoir une hauteur dans le canal qui est compris entre 25 % et 40 % de la hauteur du canal.
[37] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comporte des ailettes de refroidissement placées dans l'écoulement de fluide dans le tronçon à transfert thermique plus élevé.
[38] Selon l’un des aspects de l’invention, une isolation électrique est prévue entre les ailettes de refroidissement et le reste du couvercle.
[39] Selon l’un des aspects de l’invention, les ailettes et/ou le couvercle sont réalisés dans une matière électriquement isolante.
[40] Il est ainsi possible d'éviter un contact électrique indésirable entre les composants électroniques.
[41] Ces contacts électriques indésirables peuvent effectivement survenir lorsque les ailettes et le couvercle sont en matériaux électriquement conducteurs, par exemple en métal. [42] Selon l’un des aspects de l’invention, les ailettes de refroidissement sont configurées de sorte que, lorsque le couvercle est monté sur l'enceinte, les ailettes viennent en appui sur les composants électroniques à refroidir, potentiellement avec une compression des ailettes, notamment une compression inférieure à 5% de la hauteur de l’ailette.
[43] Selon l’un des aspects de l’invention, une interface thermique, par exemple une pâte thermique, est prévue entre les ailettes et les composants électroniques de manière à améliorer le contact thermique entre eux. On peut aussi envisager que les ailettes soient brasées sur le composant électronique à refroidir.
[44] Selon l’un des aspects de l’invention, les ailettes de refroidissement font partie d'une pièce rapportée sur le couvercle. Les ailettes de refroidissement peuvent avoir différentes formes. Ces ailettes peuvent être par exemple droites et parallèles entre elles, ou encore être ondulées et parallèles entre elles. Ces ailettes peuvent encore former des créneaux décalés d'une rangée à l'autre.
[45] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comporte au moins un dissipateur de chaleur, par exemple sous la forme d’un bloc métallique, placé dans le tronçon à transfert thermique plus élevé.
[46] Selon l’un des aspects de l’invention, un isolant peut être utilisé entre le dissipateur thermique et le couvercle afin d'éviter tout contact électrique indésirable.
[47] Selon l’un des aspects de l’invention, le dissipateur thermique est configuré pour être en contact avec les composants électroniques à refroidir.
[48] Selon l’un des aspects de l’invention, le dissipateur thermique est de type rigide tandis que les ailettes de refroidissement décrites ci-dessus peuvent être comprimées dans une certaine mesure.
[49] Dans le cas d'un dissipateur thermique, il peut être prévu une interface thermique souple permettant un contact thermique entre le dissipateur thermique et les composants électroniques sans avoir à faire subir aux composants électroniques une force de compression susceptibles de les endommager.
[50] Selon l’un des aspects de l’invention, le tronçon à transfert thermique plus élevé peut comporter une combinaison des éléments décrits ci-dessus, par exemple peut comporter, sur une portion, des perturbateurs et, sur une autre portion, des ailettes de refroidissement ou un dissipateur thermique. Il est possible d'envisager différentes combinaisons
[51] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle est isolé électriquement de la carte électronique et des composants électronique sur cette carte. [52] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle configuré pour fermer l’enceinte de manière étanche.
[53] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comporte une paroi principale.
[54] Selon l’un des aspects de l’invention, la paroi principale comprend des régions qui sont à des hauteurs différentes de la carte électronique lorsque le couvercle est placé sur l'enceinte.
[55] Ainsi les composants électroniques sur la carte électronique qui peuvent avoir des hauteurs différentes, peuvent être intégrés au plus près du couvercle grâce à ces régions de hauteurs différentes du couvercle, en minimisant l'encombrement et en permettant une bonne isolation électrique entre ses composants électroniques et le couvercle.
[56] Selon l’un des aspects de l’invention, un espace est prévu entre les composants électroniques sur la carte électronique et des parois du couvercle.
[57] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comporte une plaque, notamment emboutie pour former la ou les nervures qui définissent le canal de circulation.
[58] En variante, le couvercle peut être réalisé par injection.
[59] En variante encore, le couvercle est réalisé par usinage.
[60] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle est réalisé dans un matériau plastique, notamment un polymère. Le couvercle peut encore être en matériau composite avec une matrice polymère et une charge minérale ou végétale.
[61] En variante, le couvercle est réalisé en métal tel que l'aluminium.
[62] Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comporte une paroi principale entourée d’un rebord surélevé par rapport à cette paroi principale, de sorte que lorsque le couvercle est assemblé avec l’enceinte, la paroi principale s’enfonce davantage dans l’enceinte que le rebord surélevé du couvercle. Ainsi la paroi principale du couvercle se trouve au plus près de la carte électronique et des composants électroniques.
[63] L’invention a encore pour objet un système comprenant un module électronique et un dispositif de refroidissement tel que décrit plus haut, configuré pour refroidir le module électronique.
[64] Selon l’un des aspects de l’invention, les zones à refroidir de manière privilégiée comportent notamment des transistors, notamment de type MOSFET.
[65] Selon l’un des aspects de l’invention, le module électronique fait partie d'un convertisseur DCDC, notamment pour véhicule automobile. [66] L'invention permet ainsi de refroidir de manière privilégiée les zones qui ont tendance à chauffer le plus, notamment des zones sur la carte électronique qui regroupent les transistors.
[67] De tels transistors dans le cas d'un convertisseur DCDC peuvent générer plus de la moitié de la déperdition thermique totale.
[68] L’invention permet de concentrer la puissance de refroidissement principalement sur les zones chaudes de la carte électronique en augmentant le débit et le coefficient d’échange thermique du fluide diélectrique qui circule dans ces zones.
[69] Dans les autres zones qui nécessitent moins de capacité de refroidissement, il est possible d'avoir un débit de fluide plus faible.
[70] Selon l’un des aspects de l’invention, l’enceinte comporte un organe de maintien de la carte électronique, cet organe de maintien étant par exemple une colonnette creuse, par exemple filetée, permettant d’y fixer la carte, par exemple à l’aide d’une vis.
[71]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 aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[72] [Fig 1] La figure 1 est une représentation schématique d’un système selon un exemple de réalisation de l’invention, avec un module électronique dans une enceinte d’un dispositif de refroidissement ;
[73] [Fig. 2] La figure 2 est une vue de profil du système de la figure 1 ;
[74] [Fig. 3] La figure 3 est une représentation en perspective, depuis le dessous, du couvercle du dispositif de refroidissement illustré sur les figures 1 et 2 ;
[75] [Fig. 4] La figure 4 est une vue, depuis le dessous, du couvercle du dispositif de refroidissement illustré sur les figures 1 et 2 ;
[76] [Fig. 5] La figure 5 est une vue, depuis le dessous, du couvercle d’un dispositif de refroidissement selon un autre exemple de réalisation de l’invention ;
[77] [Fig. 6] La figure 6 est une représentation schématique d’ailettes de refroidissement d’un dispositif de refroidissement selon un exemple de réalisation de l’invention ;
[78] [Fig. 7] La figure 7 est une représentation schématique d’ailettes de refroidissement d’un dispositif de refroidissement selon un autre exemple de réalisation de l’invention ;
[79] [Fig. 8] La figure 8 est une représentation schématique d’ailettes de refroidissement d’un dispositif de refroidissement selon un autre exemple de réalisation de l’invention ; [80] [Fig. 9] La figure 9 est une représentation schématique d’ailettes de refroidissement d’un dispositif de refroidissement selon un autre exemple de réalisation de l’invention.
[81] 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.
[82] On a représenté, sur les figures 1 et 2, 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.
[83] Le module électronique 2 fait partie d'un convertisseur DCDC, notamment pour véhicule automobile.
[84] Le module électronique 2 comprend une carte électronique 4 sur laquelle sont montés une pluralité de composants électroniques 5, dont des transistors de type MOSFET présents dans des zones 6.
[85] Les zones 6 sont à refroidir de manière privilégiée car les transistors de type MOSFET ont tendance à chauffer davantage que d’autres composants. De tels transistors dans le cas d'un convertisseur DCDC peuvent générer plus de la moitié de la déperdition thermique totale, pour une fraction de la surface de contact totale.
[86] Le dispositif de refroidissement 3 comporte une enceinte 10 configurée pour recevoir la carte électronique 4 et les composants électroniques 5, et pour être remplie d’un fluide diélectrique destiné à immerger les composants électroniques 5.
[87] L’enceinte comporte des organes de maintien 11 de la carte électronique 4. L’enceinte 10 est par exemple monobloc, en matière plastique ou en métal, et se présente sous la forme d’une cuve.
[88] Les organes de maintien 11 de la carte électronique comportent des colonnettes creuses, par exemple filetée, permettant d’y fixer la carte, par exemple à l’aide de vis.
[89] Les vis traversent des orifices 12 formés dans la carte 4.
[90] Le dispositif de refroidissement 3 comporte en outre un couvercle 14 configuré pour fermer l’enceinte 10 de manière étanche. [91] Le couvercle 14, réalisé par moulage par injection d’une matière plastique, comporte une paroi principale 15 entourée d’un rebord surélevé 16 par rapport à cette paroi principale 15, de sorte que lorsque le couvercle 14 est assemblé avec l’enceinte 10, la paroi principale 15 s’enfonce davantage dans l’enceinte 10 que le rebord surélevé 16 du couvercle 14. Ainsi la paroi principale 15 du couvercle se trouve au plus près de la carte électronique 4 et des composants électroniques 5.
[92] Comme illustré sur la figure 3, le couvercle 14 comporte des nervures 20 pour former, dans l’enceinte 10, un canal de circulation 17 de fluide diélectrique avec des tronçons 21 à transfert thermique plus élevé qu’en dehors de ce tronçon, configurés pour refroidir localement le module électronique 2.
[93] Le couvercle 14 comporte une plaque emboutie pour former les nervures 20 qui définissent le canal de circulation.
[94] Les tronçons à transfert thermique plus élevé 21 sont configurés de manière à accélérer localement le fluide diélectrique qui circule dans chaque tronçon à transfert thermique plus élevé 21 .
[95] Chaque tronçon à transfert thermique plus élevé 21 présente une section de passage (ou section hydraulique) qui est plus faible qu'une section de passage du canal en dehors de ce tronçon à transfert thermique plus élevé 21 .
[96] Cette section de passage la plus faible possible du canal permet de garantir que le fluide diélectrique passe dans ce tronçon 21 avec une vitesse d'écoulement suffisante pour avoir un transfert thermique satisfaisant.
[97] Les tronçons à transfert thermique plus élevé 21 s'étendent sur certaines portions seulement du canal 17, entre une entrée de fluide 25 du canal et une sortie 26 de fluide du canal.
[98] Dans l’exemple décrit, le canal 17 présente des tronçons à transfert thermique plus élevé 21 avec des moyens pour augmenter le coefficient d’échange thermique, et des tronçons à transfert thermique plus bas 27, en alternance. Ces tronçons 21 et 27 se succèdent en formant un écoulement en un ou un U plusieurs U successifs. Ici, chaque tronçons 21 et 27 s’étend sur une branche rectiligne du U.
[99] Dans l’exemple décrit, chaque nervure 20 qui délimite des tronçons du canal est configurée pour être perméable au fluide qui peut ainsi traverser cette nervure, du fait que cette nervure ne s’étend pas sur toute la hauteur du canal 17, comme on peut le voir sur la figure 2.
[100] En variante, la nervure 20 qui délimite le canal de circulation de fluide diélectrique forme une paroi étanche, empêchant du fluide de traverser la paroi d’une face à l’autre. [101] Par exemple, une telle nervure comporte un bord inférieur en appui sur un fond de l’enceinte ou la carte électronique, la nervure comportant une bande souple sur son bord inférieur configurée pour assurer une étanchéité de la jonction de la paroi avec le fond ou la carte électronique 4.
[102] Dans l’exemple décrit, chaque tronçon à transfert thermique plus élevé 21 présente une hauteur H1 plus faible que la hauteur H2 du canal dans des tronçons à transfert thermique plus bas 27, comme on peut le voir sur la figure 2.
[103] Ainsi le tronçon à transfert thermique plus élevé 21 présente une moindre hauteur H1 au droit des composants électroniques 5 qui chauffent le plus de sorte à réduire le diamètre hydraulique et donc améliorer le coefficient de transfert thermique.
[104] En dehors de ce tronçon à transfert thermique plus élevé 21 , le canal présente une hauteur H2 plus élevée de sorte à minimiser des pertes de charges et donc des chutes de chute de pression.
[105] La paroi principale 15 comprend ainsi des régions qui sont à des hauteurs différentes de la carte électronique lorsque le couvercle 14 est placé sur l'enceinte 10.
[106] Chaque tronçon à transfert thermique plus élevé 21 comporte des moyens de perturbation du fluide, notamment des perturbateurs 30, encore appelé « Dimples » en anglais, configurés pour générer des turbulences dans l'écoulement de fluide.
[107] Il est ainsi possible d'augmenter le coefficient de transfert thermique.
[108] Les perturbateurs 30 comportent des bossages formés à l'intérieur du canal 17, qui sont réalisés par emboutissage d’une plaque formant le couvercle 14.
[109] Les perturbateurs 30 peuvent avoir une hauteur dans le canal qui est compris entre 25 % et 40 % de la hauteur du canal 17.
[110] Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l’invention illustré à la figure 5, le couvercle 14 comporte des ailettes de refroidissement 40 placées dans l'écoulement de fluide dans l’un des tronçons à transfert thermique plus élevé 21 .
[111] Une isolation électrique est prévue pour les ailettes de refroidissement 40 et le reste du couvercle 14. Par exemple, les ailettes 40 et le couvercle 14 sont réalisés dans une matière électriquement isolante. Il est ainsi possible d'éviter un contact électrique indésirable sur composants électroniques 5.
[112] Les ailettes de refroidissement 40 sont configurées de sorte que, lorsque le couvercle 14 est monté sur l'enceinte 10, les ailettes 40 viennent en appui sur les composants électroniques 5 à refroidir, potentiellement avec une petite compression des ailettes 40, notamment une compression inférieure à 5% de la hauteur de l’ailette. [113] Une interface thermique, par exemple une pâte thermique, est prévue entre les ailettes 40 et les composants électroniques 5 de manière à améliorer le contact thermique entre eux.
[114] Dans l’exemple décrit, les ailettes de refroidissement 40 font partie d'une pièce rapportée 41 fixée sur l’un des tronçons à transfert thermique plus élevé 21 sur le couvercle 14. Dans l’exemple décrit, le tronçon à transfert thermique plus élevé 21 reçoit trois pièces 41 à ailettes, disposées l’une après l’autre dans le sens de l’écoulement. Chaque pièce 41 à ailettes est en contact thermique avec deux composants électroniques 5. Les pièces 41 à ailettes sont par exemple collées ou soudées sur le couvercle 14.
[115] Les ailettes de refroidissement 40 peuvent avoir différentes formes. Ces ailettes peuvent être par exemple droites et parallèles entre elles (figure 6), ou encore être ondulées et parallèles entre elles (figure 7). Ces ailettes 40 peuvent encore former des créneaux décalés d'une rangée à l'autre (figure 8). Les ailettes 40 peuvent être perforées (figure 9) au lieu d’être pleines.
[116] Dans un autre exemple de réalisation non illustré, le couvercle 14 comporte au moins un dissipateur de chaleur, par exemple sous la forme d’un bloc métallique, placé dans le tronçon à transfert thermique plus élevé 21 , et le dissipateur thermique est configuré pour être en contact avec les composants électroniques 5 à refroidir. Ce dissipateur thermique est de type rigide tandis que les ailettes de refroidissement 40 décrites ci-dessus peuvent être comprimées dans une certaine mesure.
[117] Dans le cas d'un dissipateur thermique, il peut être prévu une interface thermique souple, par exemple une colle thermique, permettant un contact thermique entre le dissipateur thermique et les composants électroniques sans avoir à faire subir aux composants électroniques une force de compression susceptibles de les endommager.
[118] Bien entendu, le tronçon à transfert thermique plus élevé 21 peut comporter une combinaison des éléments décrits ci-dessus, par exemple peut comporter, sur une portion, des perturbateurs et, sur une autre portion, des ailettes de refroidissement ou un dissipateur thermique. Il est possible d'envisager différentes combinaisons
[119] En tout état de cause, le couvercle 14 est isolé électriquement de la carte électronique 4 et des composants électronique 5 sur cette carte.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Dispositif de refroidissement (3) configuré pour refroidir un module électronique (2) comprenant 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 la carte électronique (4) et les composants électroniques (5), et pour être remplie d’un fluide diélectrique destiné à immerger les composants électroniques, l’enceinte (10) comportant notamment au moins un organe de maintien (11) de la carte électronique, un couvercle (14) configuré pour fermer l’enceinte et comportant au moins une nervure pour former, dans l’enceinte, un unique canal de circulation de fluide diélectrique (17) avec au moins un tronçon à transfert thermique plus élevé (21) qu’en dehors de ce tronçon, configuré pour refroidir localement le module électronique, le tronçon à transfert thermique plus élevé (21) présentant une hauteur plus faible que la hauteur du canal (17) dans des tronçons à transfert thermique plus bas.
[Revendication 2] Dispositif de refroidissement (3) selon la revendication précédente, dans lequel le canal de circulation de fluide (17) est configuré pour diriger du fluide diélectrique vers des composants électroniques (5) à refroidir, et ce canal de circulation (17) est formé entre au moins deux nervures (20) sensiblement parallèles du couvercle.
[Revendication 3] Dispositif de refroidissement (3) selon la revendication précédente, dans lequel la nervure (20) qui délimite des tronçons du canal est configurée pour être perméable au fluide qui peut ainsi traverser cette nervure (20), par exemple du fait que cette nervure ne s’étend pas sur toute la hauteur du canal (17).
[Revendication 4] Dispositif de refroidissement (3) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le tronçon à transfert thermique plus élevé (21) présente une section de passage qui est plus faible qu'une section de passage du canal en dehors de ce tronçon à transfert thermique plus élevé.
[Revendication 5] Dispositif de refroidissement (3) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le canal de circulation (17) forme un U ou une succession de U définissant un écoulement en serpentin.
[Revendication 6] Dispositif de refroidissement (3) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le tronçon à transfert thermique plus élevé (21) comporte des moyens de perturbation du fluide, notamment des perturbateurs (30), les perturbateurs pouvant notamment avoir une hauteur dans le canal qui est compris entre 25 % et 40 % de la hauteur du canal (17).
[Revendication 7] Dispositif de refroidissement (3) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le couvercle (14) comporte des ailettes de refroidissement (40) placées dans l'écoulement de fluide dans le tronçon à transfert thermique plus élevé (21 ), les ailettes de refroidissement (40) étant configurées de sorte que, lorsque le couvercle est monté sur l'enceinte, les ailettes viennent en appui sur les composants électroniques à refroidir, potentiellement avec une compression des ailettes (40), notamment une compression inférieure à 5% de la hauteur de l’ailette.
[Revendication 8] Dispositif de refroidissement (3) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le couvercle (14) comporte au moins un dissipateur de chaleur, par exemple sous la forme d’un bloc métallique, placé dans le tronçon à transfert thermique plus élevé.
[Revendication 9] Dispositif de refroidissement (3) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le couvercle (14) comporte une paroi principale (15) entourée d’un rebord surélevé (16) par rapport à cette paroi principale, de sorte que lorsque le couvercle (14) est assemblé avec l’enceinte, la paroi principale (15) s’enfonce davantage dans l’enceinte que le rebord surélevé du couvercle.
[Revendication 10] 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.
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