Couverture ElectroniqueS n°127

L'Américain Graftech a mis au point des ailettes et des interfaces thermiques en graphite très efficaces pour transporter la chaleur et plus légères que les solutions métalliques. « Aujourd'hui le principal problème des fabricants de semiconducteurs est de gérer le mieux possible l'évacuation des quantités de plus en plus importantes de calories que dissipent leurs puces alors que paradoxalement les surfaces de ces dernières ont plutôt tendance à diminuer », explique Philippe Joterat-Jacquier, responsable chez Technicome de l'activité composants et représentant de Graftech en France. Il est vrai que, selon certaines études, la densité d'énergie atteinte par les puces les plus performantes se rapproche de plus en plus de celle observée à la surface du soleil. C'est pourquoi l'étude de systèmes de dissipation performants est devenue de plus en plus critique. L'Américain Graftech se distingue de ses concurrents par l'utilisation du graphite comme conducteur de chaleur en lieu et place de métaux comme l'aluminium ou le cuivre, avec l'avantage premier d'avoir des densités massiques nettement inférieures (70 % de celle de l'aluminium et 20 % de celle du cuivre). Il a mis au point un procédé de fabrication transformant des flocons de graphite en une poudre dont les performances thermiques sont maîtrisées afin de réaliser des interfaces thermiques en graphite pur ou des dissipateurs et des ailettes en mélange époxygraphite.Un conducteur de chaleur directifLe graphite offre des performances de conduction de la chaleur importantes dans deux directions (370 W/), équivalentes à celles du cuivre (360 W/) et supérieures à celles de l'aluminium (201 W/). La troisième direction est, elle, caractérisée par une conductivité très faible (6,5 W/). Cette caractéristique, qui peut provoquer un handicap, est exploitée par la société pour évacuer la chaleur de façon orientable (au lieu de s'égailler dans toutes les directions, les calories peuvent être dirigées vers le point d'évacuation le plus efficace). Il est également possible, en dotant le dissipateur d'une base en cuivre, de retrouver une certaine isotropie dans la conduction de la chaleur. L'offre de la société se divise en trois familles de produits : les interfaces thermiques, les diffuseurs de chaleur et les dissipateurs thermiques. Les interfaces thermiques référencées Egraf 700 et 1200 offrent des performances classiques, similaires à celles des interfaces adhésives du marché, mais le modèle Hitherm (voir notre numéro du 21 mars dernier) atteint des conductivités records (16 W/) avec des épaisseurs de film allant de 0,076 mm à 0,25 mm. Les versions Edge Seal du Hitherm sont dotées sur le contour de l'interface d'un procédé de scellement spécifique qui permet d'être certain que le graphite ne produira pas des poussières pouvant éventuellement polluer l'application. Un modèle doté d'une isolation électrique renforcée est en cours de développement. En diffuseurs de chaleur (des dissipateurs optimisés pour répartir les calories venant de points chauds sur une grande surface), la société propose pour l'instant deux modèles destinés aux composants en boîtier TO-220. Le premier mesure 22,8 x 30,5 x 2 mm, pèse 2,6 g, est caractérisé par une résistance thermique de 19,6 °C/W en convection naturelle, et il est capable, par exemple, de dissiper 3 W avec un débit d'air de 3 m/s pour une augmentation de température de 50 °C. Le second mesure 50 x 19,1 x 2 mm et pèse 3,1 g. La société propose également de réaliser des formes sur mesure. En dissipateurs véritables, il s'agit également pour Graftech de définir avec ses clients la configuration optimale plutôt que d'avoir des composants disponibles sur étagère. En France, son représentant Technicome propose ainsi de définir le cahier des charges avec le client, de modéliser la dissipation avec le logiciel Icepack pour définir la meilleure direction pour la conduction de chaleur, l'épaisseur et le pas des ailettes ainsi que le mode de fixation du dissipateur au module ainsi qu'au châssis. Les ailettes peuvent être très minces (à partir de 0,36 mm) et collées sur une embase graphite et/ou cuivre avec un pas à partir de 0,5 mm. Les premières applications visées sont les convertisseurs-onduleurs de puissance et les serveurs informatiques. Pour le refroidissement d'un module IGBT comprenant 6 puces de 92 x 50 mm générant 390 W chacune et un dissipateur de 306 x 160 x 95 mm, l'utilisation du matériau HS-400 de Graftech permet d'atteindre une résistance thermique de 0,0151 °C/W avec un poids de 3 kg, alors qu'il atteint 13,9 kg en cuivre pour une résistance thermique similaire (0,0143 °C/W) et 4,4 kg pour une solution en aluminium mais caractérisée par une résistance thermique de 0,0211 °C/W.

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