Caloducs en silicium
Caloducs plats en silicium pour composants électroniques

2.1 Intérêt du silicium

Les propriétés physiques du silicium sont très intéressantes car, avec une conductivité thermique comprise entre 100 et 150 W · m⁻¹ · K⁻¹ et une masse volumique de 2 300 kg · m⁻³, il est à la fois très bon conducteur de la chaleur et très léger, le critère de la masse étant souvent essentiel pour les systèmes embarqués. Le silicium pourrait même, à terme, permettre de réaliser le composant et le caloduc dans le même matériau, ce qui aurait pour intérêt d’éliminer la résistance thermique de contact ainsi que les dégradations dues à la dilatation thermique entre matériaux de différentes natures.

La réalisation des caloducs en silicium est généralement faite à l’aide de deux ou trois plaques de silicium dans lesquelles sont usinés par gravure sèche (plasma) ou gravure humide (KOH) le réseau capillaire ainsi que le passage de la vapeur. Ces plaques sont ensuite assemblées par adhésion moléculaire. Cette technique permet de recréer des liaisons Si-Si entre les différentes plaques et ainsi d’avoir un système étanche. Les caloducs en silicium peuvent donc avoir une épaisseur totale de l’ordre du millimètre. De par la technique d’usinage, les réseaux capillaires obtenus sont majoritairement à rainures. Mais, contrairement aux techniques classiques d’usinage, il est possible d’avoir des formes beaucoup plus complexes et ainsi d’améliorer les performances hydrauliques et thermiques du caloduc. La figure 4 présente plusieurs types de réseaux capillaires en silicium. Nous allons présenter l’intérêt de chacun.

2.2 Principales géométries

Le type de caloduc le plus étudié ces dernières années est présenté sur la figure 4a. Il s’agit des microcaloducs dont le diamètre hydraulique du canal est de quelques centaines de microns. La géométrie la plus classique est celle qui est formée par un canal triangulaire. Lorsqu’un tel caloduc fonctionne, le liquide remonte par les coins et la vapeur passe au centre du canal. Son grand intérêt...