Couverture ElectroniqueS n°127

La seconde édition de la conférence « European advanced technology workshop on micropackaging and thermal management » de l'Imaps, qui s'est tenue fin janvier à La Rochelle, a fait la part belle aux solutions innovantes pour améliorer la dissipation des calories. La Rochelle – Si la thermique a toujours été un souci des électroniciens de puissance ou des spécialistes des amplificateurs radiofréquences, elle est progressivement devenue un paramètre critique conditionnant les performances de la plupart des circuits. Et ce non seulement pour les alimentations, amplificateurs de puissance ou onduleurs, mais aussi pour les circuits rapides, les lasers, les diodes électroluminescentes, les applications biologiques et tous les systèmes ultraminiaturisés comme les terminaux portables ou les appareils de prise de vue, d'où les calories ont du mal à s'échapper. Autre problème de plus en plus récurrent, l'évacuation des calories devient critique sur les quelques points de la puce appelés points chauds, ou sur une puce particulière de la carte, demandant ainsi la mise en &oelig;uvre de solutions spécifiques, plutôt que de placer l'ensemble dans un climatiseur. Les conférences de l'Imaps qui viennent de se tenir à La Rochelle ont permis de faire un point sur un certain nombre de matériaux (certains dopés au diamant chez NovaPack Technologies) et de solutions innovantes de dissipation ainsi que sur différentes méthodes d'évaluation et de simulation des performances nécessaires ou de mesure. S'il est difficile dans ces pages de dresser un panorama complet d'un programme aussi riche, nous avons retenu quelques solutions dont certaines proches d'une application industrielle.La société Micropelt a ainsi présenté lors de la seconde journée de cette conférence une solution qui est à la fois innovante et proche de l'industrialisation avec des composants en échantillonnage. Cette société allemande a mis au point une méthode de fabrication d'éléments Peltier de taille miniature sur silicium avec des procédés de dépôt des couches de matériaux thermoélectriques classiques (composés de tellurure de bismuth dopés n ou p) mais en couches minces de 20 µm dont elle maîtrise la cristallographie. Micropelt assure ainsi atteindre des performances par unité de sur face 100 fois meilleures que celles des modules Peltier traditionnels, soit jusqu'à 80 W/cm2. La surface de ses modules peut descendre à 1 mm2 pour améliorer la dissipation d'un point chaud d'une puce par exemple et monter jusqu'à 100 mm2 pour une épaisseur de 444 µm. La société met également en avant le temps de réponse extrêmement court (pour un phénomène thermique) de 50 ms de son dispositif. Sont actuellement disponibles en échantillonnage les modèles référencés MPC D301 (0,5 mm2) à MPC D901 (25 mm2).A noter que Micropelt décline également sa technologie en générateur avec des composants dont les jambes des éléments thermoélectriques sont réduites en longueur afin d'en augmenter le nombre par unité de surface, nombre dont dépend la tension de sortie. Le modèle MPG D901 à 1 800 paires n/p fournit, par exemple, 2,3 V en circuit ouvert avec une différence de température de 10 K entre les deux faces du composant et développe une puissance de 1,4 mW. Une puissance certes faible mais loin d'être symbolique pour un microgénérateur.Parmi les autres réalisations innovantes présentées lors des conférences de l'Imaps, citons un refroidisseur en boucle fermée à caloduc pour applications spatiales validé par Astrium pour refroidir des points chauds d'une carte (30 W, 20 W/cm2). Le laboratoire Pearl, en association avec Alstom Transports, a lui aussi présenté une telle solution mais de plus grande envergure (3 000 W à 5 000 W) pour des applications de puissance. Le refroidissement par déplacement de liquide ou par aspersion a également été l'objet d'un panorama très large du consultant américain en thermique David Saums (nous y reviendrons). Les travaux de l'Imec sur ce sujet paraissent très innovants, même si c'est encore au stade de la recherche : leur but est de déplacer des gouttes de liquide sur un composant à refroidir en déformant ces gouttelettes par effet électrostatique (propriété déjà employée par exemple pour fabriquer des lentilles optiques liquides) afin de les faire avancer. A 10 cm/s, les simulations aboutissent à une capacité de refroidissement de 18 W/cm2.Une participation attentive, studieuse et motivéeLes deux journées de conférences sur la thermique organisées par l'Imaps ont pratiquement rempli leur objectif de participation d'une centaine de personnes, participation limitée par les dimensions du lieu choisi. Toutefois, cette limite s'est également révélée bénéfique, en favorisant la prise de contact entre les participants lors des pauses face à la salle de conférences. Les exposants se déclarent globalement satisfaits des contacts noués, et les entretiens auxquels nous avons pu assister étaient très nourris.Si les laboratoires de recherche comme le Laas, Pearl, ou différents universitaires avaient fait le déplacement, les industriels fournisseurs et surtout utilisateurs de composants étaient aussi présents en nombre, donnant un côté très pratique à certaines interventions. La partie simulation des phénomènes thermiques s'est ainsi trouvée face à des cas concrets.Le côté européen de cette manifestation était également indéniable : plus d'un quart des participants sont venus de l'étranger. Sans doute grâce à une organisation sans faille ayant étudié dans les moindres détails les solutions pour permettre leur accueil dans un lieu charmant mais n'ayant pas toutes les facilités d'accès d'une métropole.En ouverture des conférences, STMicroelectronics a fait rêver la salle en détaillant différents moyens de refroidir (liquide, ponts thermiques…) au niveau de la puce afin d'éviter les points chauds susceptibles de perturber les autres fonctions, surtout dans un système sur une puce, avec des substrats « fonctionnalisés » thermiques.

La dissipation des calories devient une affaire de solutions innovantes

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