L'industrie de semiconducteurs ayant été très innovative ces derniers temps a accompli un beau résultat dans le domaine des semiconducteurs de puissance et notamment de la technologie IGBT. Les progrès sont énormes quant au rendement et son amélioration. En même temps, les composants n'ont pas été agrandis proportionnellement. Le fait qu'ils soient au contraire restés très compacts convient à l'utilisateur en raison de sa fonction et de son volume d'encombrement, mais il pose le problème suivant au technicien de la commutation dans l'industrie électronique: Comment puis-je maintenant réaliser la dissipation d'un si grand volume de chaleur? Les constructeurs de dissipateurs de leur part ont été amenés à développer et à proposer des concepts efficaces.

Dans le cas idéal, les constructeurs de semiconducteurs et les constructeurs de refroidisseurs offriraient ensemble une solution harmonisée, mais c'est une vision guère réalisable vue les progrès rapides de la technique des semiconducteurs. Le client doit donc trouver une solution lui-même. Il y a plusieures solutions conceptionnelles pour les dissipateurs de grand rendement, les ensembles ventilés etc. Les grands dissipateurs en aluminium ont encore été améliorés dans le but de réaliser une convection libre.

Les ailettes de refroidissement permettent une amélioration de 10 à 15 % par rapport à la géométrie des ailettes de refroidissement conventionnelles, des plaques d'embase plus épaisses (fond du dissipateur) contribuent à une meilleure dissipation de la chaleur dans tout le dissipateur. On arrivera bientôt au bout des possibilités physiques d'améliorations supplémentaires. Des dissipateurs de soi-disant super-rendement pour la convection libre sont en phase d'études, mais il n'y a pas encore de détails publiés.

Les dissipateurs avec ensembles ventilés sont fondamentalement plus puissants que des dissipateurs pour la libre convection. C'est la raison pour laquelle ils sont favorisés pour la dissipation d'un très grand volume de chaleur. Une amélioration du rendement des ensembles ventilés est réalisée par l'optimisation continuelle des surfaces échangeurs thermiques d'un côté et par l'utilisation nécessaire de moteurs ventilés plus puissants de l'autre côté.

Les ailettes planes possèdent une transmission de chaleur relativement basse par rapport à l'air circulant, le courant d'air laminaire causé ne suffit pas à la dissipation nécessaire de la chaleur. C'est la raison pour laquelle on essaie de réaliser au moyen d'une géometrie d'ailettes adaptée un courant d'air turbulant qui améliore en même temps la transmission de la chaleur (ailettes par rapport à l'air). Egalement dans ce cas, une cannelure des ailettes est un premier moyen d'amélioration. Autres possibilités avec des ailettes dites évidées et des ailettes à découpes supplémentaires, des ailettes dites transversales. Par-là, la surface échangeur thermique agrandie d'un côté et les turbulences de l'air plus élevées de l'autre côté permettent und amélioration du facteur de puissance de la dissipation de la chaleur.

Pourtant, en cas de turbulences plus élevées la contre-pression qui s'accumule dans les ensembles ventilés augmente et agit comme pression dite dynamique en sens inverse du courant d'air. Voilà un problème qui demande une solution des constructeurs de moteurs ventilés. Dû à un volume d'air insuffisant, une grande partie de la surface échangeur thermique qui pourrait théorétiquement dissiper et enlever la chaleur de pertes n'est pas refroidie. Les ventilateurs axiaux sont un concept simple et compact à bruit faible et avantageux au niveau du prix, cependant ils travaillent à des pressions de service relativement basses. En revanche, les ventilateurs radiaux fournissent de hautes pressions et de grands volumes d'air, mais il sont volumineux, chers et bruyants.

Afin d'offrir une solution puissante à des prix avantageux, FISCHER ELEKTRONIK a développé une nouvelle conception d'ensembles ventilés à ailettes évidées et munis de moteurs ventilés à grande puissance de construction axiale particulièrement adaptés qui répondent non seulement aux exigences thermotechniques mais qui sont également avantageux au niveau du prix. Cette conception optimisée est à la disposition des clients en différents modèles et pour l'instant elle est le système le plus puissant par rapport à l'état actuel de la technique des ensembles ventilés.

Une toute autre approche de refroidissement des composants représente le concept de refroidissement omnidirectionnel à air. Dans ce cas, on se sert du courant d'air présent ou du mouvement d'air dans une armoire de distribution munie de ventilateurs de façon à améliorer considérablement le rendement d'un dissipateur de conception spécifique même en ayant un courant d'air minimum. C'est ainsi que le courant d'air non-directionnel passe ou "enveloppe" les pointes anguleuses en saillie des ailettes du dissipateur ce qui cause une faible turbulance et garantit la dissipation de la chaleur présente. Le volume et la conception du dissipateur ainsi que la quantité d’air transporté peuvent dissiper des masses de chaleur considérables.

De cette manière, vous pouvez améliorer presque chaque profilé de refroidissement pour atteindre une capacité de dissipation de chaleur considérablement meilleure.

A l’échelon supérieur les refroidisseurs sont fluidiques, c'est-à-dire qu’ils dissipent la chaleur au moyen de fluides comme l'eau, l'huile, l'alcool, mais également le gaz. Ces appareils permettent actuellement les puissances volumiques de dissipation de chaleur les plus grandes. Le modèle développé par FISCHER ELEKTRONIK se distingue des concepts courants simples parce qu'on utilise une surface échangeur thermique optimisée par rapport au fluide. Par-là, même en condition de pression dynamique basse, de grandes quantités de chaleur peuvent être introduites dans un fluide rendu turbulent. Ce concept est variable selon l'application respective d'où possibilité d'adaptation aux besoins spécifiques du client.

La puissance voluminique énorme des composants électroniques de la nouvelle génération montre également les

limites de la dissipation de chaleur. Un ou plusieurs composants à hautes pertes en puissance forment des nids de chaleur, c'est-à-dire le flux de chaleur de la surface des composants relativement petite au refroidisseur et puis dans l'ambiance est réduit. La raison en est la puissance thermique spécifique au matériau aluminium. La quantité de chaleur est plus importante que celle qui peut être acceptable par le matériau. Dans ce cas, une plaque d'embase du refroidisseur plus épaisse aide à absorber et dissiper le surplus de chaleur. En cas de procès d'absorption thermique variable en temps (transitoire), la quantité de chaleur peut être mise en attente grâce à la masse élevée du refroidisseur, elle est dissipée plus tard lors d'une absorption thermique réduite ou interrompue. La façon la plus facile de réduire le problème des vides thermiques est l'utilisation de cuivre au lieu d'aluminium pour la fabrication des composants. Pourtant, le désavantage est alors le prix plus élevé et le poids trois fois plus lourd.

Une autre solution est une meilleure transmission de la quantité de chaleur sur plusieurs refroidisseurs ou à l'intérieur même d'un dissipateur la diffusion de la chaleur qui améliore l'efficacité du dissipateur. Ceci nécessite un moyen de transport qui se prête à la transmission de la quantité de chaleur de la zone chaude aux zones de refroidissement convenables. Des tubes échangeur de chaleur (heat-pipes) sont des moyens adaptés. Le tube échangeur de chaleur lui-même est un composant simple, un tube à vide rempli d'une petite quantité de fluide qui sert de substance active. L'introduction de la chaleur dans le tube cause la vaporisation du fluide et par-là un grade thermique dans le tube échangeur de chaleur. Ceci provoque alors que la vapeur coule dans le tube vers la zone plus froide où la vapeur est condensée et dissipe sa chaleur latente. Ensuite, le fluide actif rentre dans le secteur de vaporisation. Ce mouvement est initié par la force de gravité et / ou par l'attraction capillaire. La source de chaleur peut donc être un composant exothermique et le dissipateur thermique par exemple un dissipateur adapté ou la source de chaleur est un composant exothermique et le puits de chaleur est la zone la plus froide du dissipateur - la diffusion de la chaleur est donc garantit.

Les dépenses pour un tube de chaleur n'étant pas énormes ce système commence à s'établir de plus en plus comme dispositif auxilliare dans la technique des refroidisseurs. Jusqu'alors, l'utilisation à l'échelle industrielle n'est pas encore très répandue. Cependant, il est déjà appliqué dans les petites installations et surtout pour le refroidissement de processeurs CI. La grande quantité de chaleur dans le volume restreint d'un processeur CI représente un défi dans le domaine du refroidissement, surtout si l'on veut renoncer aux moteurs ventilés à cause des problèmes connus qu'ils causent. Les tubes échangeur de chaleur prennent alors en charge la transmission de la chaleur du CI au dissipateur qui peut par-là être thermiquement mieux placé; ou ils transmettent la chaleur dissipée au boîtier ou aux composants du boîtier, par exemple d'un ordinateur portable, qui servent alors de puits de chaleur.

Les concepts et les applications expliqués montrent qu'une nouvelle ère de la technique de refroidissement a déjà commencé. Outre de nouveaux concepts ou bien des concepts améliorés de la technique des refroidisseurs, il faut des solutions spécifiques pour le client au lieu d'applications standard. Le défi d'innovations applicables est continuellement en hausse, comme innovations futures s'avèrent déjà des concepts intégraux. La consultation des clients et la coopération avec les utilisateurs sont des conditions préalables qui sont inaliénables pour une commercialisation rationnelle des solutions démontrées.

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