I-2 Problèmes de température des
composants électroniques.
L'augmentation de la fréquence de fonctionnement et
l'explosion de projets de miniaturisation a engendré plusieurs
problèmes dus à l'augmentation considérable du flux de
chaleur généré par les composants électroniques. Si
la chaleur n'est pas dissipée en temps voulu, la température de
jonction sera supérieur à la température de fonctionnement
maximale mentionnée par le constructeur, le contrôle thermique
devient donc de plus en plus complexe.
M. REBAY et al. [8] ont montré par thermographie
infrarouge que la température globale d'un microprocesseur ne
reflète pas la topographie thermique réelle de la puce
intégrée. Comme le montre la figure I-1, une partie dégage
plus de chaleur que les autres. C'est ce que l'on appelle un point chaud
("hotspot"), représenté en rouge sur cette figure. J.
Donald et M. Martonosi [9] parlent d'une différence de
température de l'ordre de 5 à 25°C, entre la
température moyenne et le point le plus chaud. Ces pics de
température risquent de causer de graves dégâts sur une
zone précise du processeur.
1.2.1. L'influence de la température sur les
circuits électroniques.
- Les performances électriques : la température
peut être une valeur limite au-delà de laquelle le fonctionnement
n'est plus garanti, des dérivées des paramètres provoquent
une diminution des performances pouvant aller jusqu'à la
défaillance.
- Le packaging soumis à des gradients de
température très importants. Il existe des températures
critiques pour lesquelles se produisent des changements d'état, de
structure physique. Le fluage et le relâchement des contraintes dans les
matériaux sont accélérées par la température
et peuvent conduire à des ruptures d'éléments.
- Les cycles thermiques, auxquels sont soumis des
matériaux reliés entre eux et de coefficient de dilatation
différent, induisent des forces très importantes qui peuvent
conduire à une rupture instantanée ou créer une fatigue
qui provoque une rupture à long terme.
Page 6
REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
(1) : Image d'une carte mère (2) : Thermographie
infrarouge
Fig. I-1 : Echauffement d'un microprocesseur dans son
milieu de fonctionnement [8]
Le packaging et la gestion thermique dans les
équipements électroniques sont devenus des enjeux importants en
raison de l'augmentation des niveaux de puissance et de la miniaturisation des
dispositifs. Avec l'arrivée de conditionnements plus denses et des
fréquences de fonctionnement plus élevées, le coût,
la fiabilité et la taille ont été améliorés,
mais, la gestion thermique n'a pas suivi suffisamment cette
évolution.
L'évolution des techniques de refroidissement est
étroitement liée à l'augmentation de la puissance
thermique et de la complexité des circuits électroniques. La
tendance de l'industrie électronique de dissiper plus de puissance dans
de plus petits modules a créé des défis de gestion
thermique croissants. La densité de flux atteint les 50 W/cm2
dans les nouvelles générations de microprocesseurs, quant aux
convertisseurs d'électronique de puissance leur volume s'est vu
réduire d'une manière importante.
En effet, depuis l'apparition des IGBT (Insulated Gate
Bipolar Transistors), les convertisseurs sont capables de fonctionner à
haute fréquence avec des densités de flux pouvant atteindre 400
W/cm2 (un IGBT de taille 12 x 12 mm2 peut dissiper 680W)
tout en conservant des valeurs élevées de courant et de tension.
Les diodes laser quant à elles dissipent 500 W/cm2 et plus.
De nos jours, les futures exigences thermiques sont soigneusement
étudiées.
La figure I-2 présente l'évolution de
la puissance thermique dissipée pour un transistor (FETS et IGBTS) et un
conducteur Smart. Nous notons une augmentation considérable de la
puissance thermique dissipée par les transistors. Nous remarquons
également, une complexité de plus en plus importante de
systèmes embarqués.
Page 7
REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
Fig. I-2 : Evolution de la puissance thermique
dissipée pour un transistor (FETS et IGBTS) et un conducteur Smart [26,
27, 28].
| 
