EP2625710A1 - Heat-sink device intended for at least one electronic component and corresponding method - Google Patents

Heat-sink device intended for at least one electronic component and corresponding method

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EP2625710A1
EP2625710A1 EP11773882.3A EP11773882A EP2625710A1 EP 2625710 A1 EP2625710 A1 EP 2625710A1 EP 11773882 A EP11773882 A EP 11773882A EP 2625710 A1 EP2625710 A1 EP 2625710A1
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EP
European Patent Office
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fins
substrate
heat
electronic component
heat dissipation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11773882.3A
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French (fr)
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Adrien Gasse
Pascal Revirand
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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    • Y10T29/4913—Assembling to base an electrical component, e.g., capacitor, etc.

Definitions

  • the invention relates to a heat dissipating device for at least one electronic component, such as a light-emitting diode or LED.
  • It also relates to a method for obtaining such a heat dissipating device.
  • the electronic component In the case where the electronic component is not cooled, it heats up. For light-emitting diodes for example, this heating leads in particular to a drop in yield, color drifts and a reduction in reliability.
  • the electronic components are generally placed on a substrate called “circuit board” or PCB (Printed Circuit Board), which allows to interconnect several electronic components together.
  • PCB printed Circuit Board
  • the heat dissipation is done by conduction, convection and radiation.
  • Conductive dissipation occurs within the body of the dissipator.
  • the convection and radiation dissipation takes place at the body surface of the dissipator and it is proportional to the exchange surface of the body with the outside.
  • the material constituting the dissipator has a high thermal conductivity (dissipation by conduction) and a large exchange surface (dissipation by convection and radiation).
  • a dissipator comprising cooling fins makes it possible to increase the exchange surfaces in a given volume.
  • the substrate is connected to the heat sink through a bonding layer and thermally conductive passages are formed through the substrate to allow heat to pass from the diodes to the heat sink.
  • This bonding layer is a thermally conductive adhesive or tape.
  • thermal conductivity of these materials is generally poor, typically less than 1 W / m.K.
  • passages through the substrate is a complementary operation that is expensive to perform.
  • WO 2009/115512 describes a heat sink for an electronic component which comprises a body made of a plastic material which is a thermal conductor. This dissipator is thermally coupled to a heat source which is typically a printed circuit board carrying LEDs.
  • the heat connection between the dissipators and the printed circuit board is done directly or through an insulator, for example a layer of a material which is a thermal conductor and an electrical insulator.
  • an insulator for example a layer of a material which is a thermal conductor and an electrical insulator.
  • the shape of the dissipator influences the efficiency of the heat dissipation.
  • the decrease in the thickness of the fins and the spacing between the fins makes it possible to increase the number of fins in a given volume.
  • the reduction of the thickness of the fins leads to an increase in the internal thermal resistance of conduction.
  • heat sinks are often made of materials with high thermal conductivity, such as aluminum for example.
  • fins made of aluminum may have a much smaller thickness than fins made of steel.
  • obtaining fins of reduced thickness having a small spacing between them requires the implementation of machining techniques of precision that are expensive. This is further accentuated when the shape of the fins is complex, for example curve with a specific geometric shape.
  • the invention therefore aims to overcome these disadvantages by providing a device for heat dissipation and intended for at least one electronic component, this device offering a large exchange surface in a given volume, thanks to a small thickness of fins , this device being obtained with reduced costs and may have fins of complex shape.
  • the invention thus relates to such a device comprising:
  • thermal coupling means between the substrate and the heat dissipation means are made of a material different from the material constituting the heat dissipation means,
  • the heat dissipation means are constituted by a set of independent fins and wherein the thermal coupling means are made of a heat conductive polymer material and also provide the mechanical coupling between said substrate and said fins.
  • the device comprises, opposite said substrate, another substrate carrying at least one electronic component and other coupling means, whereby said other substrate is also thermally and mechanically coupled to said fins.
  • the constituent material of the thermal coupling means is a thermoplastic polymer.
  • the thermal coupling means may comprise a thermally conductive filler and they advantageously have a thermal conductivity greater than 1 W / m.K.
  • the thermal coupling means encapsulate at least a portion of the fins and are in direct contact with the substrate.
  • the thickness of the fins is advantageously between 250 ⁇ m and 2.5 mm.
  • the fins are made of a material whose thermal conductivity is greater than 20 W / mK
  • the invention also relates to a method for obtaining a device for heat dissipation intended for at least one electronic component, this method comprising the following steps:
  • the method comprises, between steps (c) and (d), the following steps:
  • step (e) wherein the sacrificial material is removed after step (e).
  • the support of the fins is removed after step (e) or step (C3).
  • the material used in steps (e) and / or (h) is a hot-injected polymer material, the process then comprising a cooling step, after steps (e) and / or (h).
  • FIG. 1 is a sectional view of a first example of a heat sink according to the invention
  • FIG. 2 represents a second example of a heat sink according to the invention
  • FIG. 3 illustrates a third example of a heat sink according to the invention
  • FIGS. 4a to 4c illustrate steps of a method for obtaining a heat sink according to the invention
  • FIGS. 5a to 5d illustrate complementary steps of a variant of the method for obtaining a heat sink according to the invention
  • FIG. 6 is a top view of a fin of a dissipator obtainable with the method described with reference to Figures 5a to 5d.
  • the device for heat dissipation 1 illustrated in Figure 1 comprises a discrete set of fins 10, here sixteen planar fins arranged substantially parallel to each other.
  • the fins may have any shape, whether flat or revolution, like solid cylinders.
  • These fins constitute heat dissipation means and are made of a material having good thermal conduction, typically greater than 20 W / m.K, or even greater than 50 W / m.K.
  • These materials may be chosen especially from an alloy based on aluminum or copper or steel.
  • Ceramic materials for example graphite, carbide silicum or aluminum nitride or composite materials of the Al / SiC, C / C or W / Cu type.
  • the device 1 also comprises a substrate 11 on which electronic components 12 are placed.
  • the substrate 11 may be single or multi-layer.
  • This substrate may be a PCB (Printed Circuit Board), made for example based on a polymer, in particular of the FR4 type, that is to say a fiberglass-reinforced epoxy resin composite.
  • PCB Printed Circuit Board
  • the substrate may also be of the MCPCB (Metal Core PCB) type, that is to say have a thick metal layer, made for example of Al or Cu on which is formed a thin layer of a polymer material, for example of the FR4 type a thin metal layer also being formed on the polymer layer.
  • MCPCB Metal Core PCB
  • the substrate may also be of the IMS (Insulated Metal Substrate) type.
  • This substrate has a configuration similar to that of the MCPCBs.
  • the insulating material coating the metal core is not a FR4-type polymer but another polymer having good thermal conduction properties or even alumina obtained for example by oxidation of aluminum.
  • the substrate may also be made based on a ceramic material, in particular alumina and aluminum nitride.
  • the substrate may also be made of a flexible material, typically a polyimide polymer.
  • the substrate 11 comprises, on its face 110 receiving the electronic components, a metal layer, for example copper, thanks to which the substrate provides the electrical interconnection between the components 12 and heat spreading all the higher as the Copper thickness is important.
  • the thickness of the copper layer is typically 35 ⁇ m.
  • the substrate 11 also provides, in its thickness, a spread of heat from the various components 12. Therefore, its thickness is typically at least 350 pm. However, in some cases, for example the use of a polyimide-based substrate, the thickness of the substrate is relatively low, typically between 25-100 ⁇ m. The spread of heat is obtained essentially through the metal interconnection layer.
  • the heat spread increases with the thickness of the metal layer.
  • a substrate of the MCPCB type is, in this respect, advantageously used because it comprises a metal layer of considerable thickness on the face 111, opposite the face 110.
  • the substrate 11 may include thermal vias to promote the dissipation of heat, as described for example in WO 2005/001943.
  • IGBTs insulated gate bipolar transistors
  • HEMTs high electron mobility transistors
  • the electronic components 12 are fixed on the substrate 11 by soldering or by gluing.
  • a glue having good thermal conduction properties such as epoxy glues loaded with silver particles can typically be used.
  • thermal grease Other techniques based on thermal grease can also be used. However, they lead to a transfer of heat between the electronic components and the substrate which is of lower level.
  • the substrate 11 is in at least partial contact, by its face 111, with the end 100 of the fins 10, and a layer 13 is provided between the substrate and the upper part of the fins close to their end. 100.
  • This layer 13 ensures both the mechanical coupling and the thermal coupling between the fins 10 and the substrate 11. This layer is continuous.
  • the coupling means 13 are made of a polymeric material, which can preferably be injected under pressure.
  • thermoplastic polymer chosen for example from the following polymers: polypropylene, polyamide, polystyrene, polyethylene, polypropylene-styrene, polymethylmethacrylate, polycarbonate, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer or a liquid crystal polymer.
  • thermoplastic polymer has the advantage that it can be injected hot, because it is soft when heated above a certain temperature. Its shape can then be frozen by cooling. Finally, this operation is reversible.
  • thermosetting polymer materials in particular based on epoxy or silicone.
  • a thermally conductive filler for example a mineral filler such as graphite, or carbon black may advantageously be introduced into the polymer.
  • the thermal conductivity obtained is typically between 1 and 20 W / m.K.
  • the heat sink 2 illustrated in Figure 2 differs from that shown in Figure 1 in that it comprises another substrate 11 'positioned on the ends 101 of the fins 10, opposite the ends 100, this substrate supporting electronic components 12 .
  • Means 13 ' similar to the means 13, provide the thermal and mechanical coupling between the fins 10 and the substrate 11'.
  • the heat sink 3 illustrated in Figure 3 differs from the heat sink illustrated in Figure 1 in that the fins 10 'are curved. Moreover, this dissipator 3 also comprises a substrate 11 on which are placed electronic components 12 and mechanical and thermal coupling means 13 between the fins 10 'and the substrate 11.
  • fins of planar shape can be obtained by the mechanical cutting of a metal sheet by laser machining, wire saw, electro-erosion, cutting or punching.
  • a stamping step may be provided after cutting the fins to give them a curved shape.
  • the implementation techniques are low cost production techniques.
  • the thickness of the fins is typically between 250 ⁇ m and 2.5 mm. Their thickness depends only on the thickness of the sheet that is used. Thus, obtaining fins whose thickness is less than one millimeter does not require the implementation of precision machining techniques.
  • the method is particularly suitable for producing fins made of a material having a high thermal conductivity, such as aluminum.
  • a method for obtaining a heat sink such as that illustrated in Figure 1 will now be described with reference to Figures 4a to 4c. This method consists first of all in producing a set of fins by one of the techniques which have just been described.
  • these fins are of rectangular shape, with a width of 30 mm and a height of 20 mm.
  • FIG. 4a shows that these fins 10 are first placed in a positioning tool 4, for example made of steel, via their end 101.
  • This tool 4 is designed to position and maintain the fins. These are substantially parallel to each other and are separated from each other by a space "e" determined, for example 1 mm.
  • the method also includes obtaining an assembly formed of a substrate 11 and at least one electronic component 12.
  • These electronic components are, for example, light-emitting diodes which are soldered on the face 110 of a substrate of the standard PCB type.
  • This substrate is made of a composite material of the epoxy / glass fiber type whose thickness is for example 1 mm. On the same face 110 of the substrate is disposed a copper layer 35 ⁇ thick.
  • FIG. 4b illustrates the assembly thus formed, after its positioning on the fins 10.
  • a substrate having a length of 31 mm and a width of 30 mm can thus cover the sixteen fins 10 previously described.
  • the substrate is thus in contact with the ends 100 of the fins, located opposite ends 101, which are placed in the support 4.
  • the contact between the substrate 11 and the fins 10 is not necessarily perfect. Indeed, for reasons for cutting tolerance, the fins 10 do not necessarily have exactly the same height.
  • FIG. 4c illustrates an injection mold 5. It can be made in one piece, but it generally consists of several parts.
  • This mold 5 also comprises a cavity 51, in which is placed the substrate 11 and a portion of the fins 10 located near the ends 100.
  • the cavity 51 will be large enough to accommodate about 10% of the height of the fin.
  • the mold 5 may in particular be made of steel. It may comprise removable inserts, for example arranged between the fins and contained in an outer shell.
  • this mold must be thermally controlled.
  • it may comprise internal channels in which a fluid is intended to circulate in order to maintain a constant temperature.
  • the cavity 51 comprises a feed stream 52 through which the material will be introduced into the mold.
  • the thermal conductive material is injected under pressure into the mold 5.
  • polymer material will also be present between the end of the fins and the substrate. This does not disturb the operation of the device.
  • This material is preferably a thermoplastic material which is injected hot.
  • the injection temperature is 200 ° C. and the temperature of the mold is maintained at 50 ° C.
  • the device comprises fins whose part of the height, near their end 100, is embedded in a thermal conductive material. This portion typically corresponds to 10% of the height of the fins. In general, the lower the conductivity of the thermally conductive polymer material, the greater the height of the fin which it coats, in order to increase the overall conductance of the fin.
  • This variant is implemented when the dissipator has a very complex shape and as a result, it is difficult to design a mold compliant and easily removable after the injection operations.
  • the method also consists in first producing a set of fins, these fins being able to have a complex shape, as illustrated in FIG.
  • the fins 10 are first placed in a positioning tool 4, for example made of steel.
  • the positioning of the fins is carried out via their end 101.
  • fins 6 such as those illustrated in FIG. 6, their positioning on a radial tool would be achieved via from their edge 60.
  • the fins are spaced apart from each other by a space "e", for example 1 mm.
  • FIG. 5a illustrates a mold 7 which has an outer part 70 that can be made in several parts and a removable central insert 71.
  • the insert is disposed on the ends 100 of the fins 10, so as to surround the fins 10 over part of their height.
  • the assembly constituted by the tool 4, the fins 10 and the insert 71 is then placed inside the part 70 of the mold.
  • the method then comprises injecting a sacrificial material into the cavity 72 of the workpiece 70, via the feed vein 73.
  • This sacrificial material is for example polystyrene.
  • the injection temperature of this material is, for example, 220 ° C., the temperature of the mold being maintained at 50 ° C.
  • Figure 5b illustrates the fins 10 and the sacrificial material 74, after removal of the tool 4 and the mold 7. In addition, the sacrificial material present because of the feed vein 73 has been removed mechanically.
  • a substrate 10 supporting electronic components 12 is made.
  • the substrate has the shape of a ring.
  • It can consist of a substrate of the MCPCB type formed of a 1 mm thick copper layer, a layer of a dielectric material, typically FR4, with a thickness of 75 ⁇ m and a layer of copper providing interconnection between the electronic components, typically of a thickness of 35 ⁇ m.
  • the substrate thus obtained is positioned on the ends 100 of the fins.
  • Another mold 8 is then positioned on the substrate and the sacrificial material 74.
  • This mold 8 has cavities 80 in which the components 12 are inserted and which make it possible to protect them during the subsequent step.
  • the latter consists in injecting inside the cavity 81 of the mold a thermally conductive material, via the feed vein 82.
  • This material may be a conductive thermoplastic polymer, especially a polymer based on polypropylene distributed by the company Coolpolymers E 1201. This material has a thermal conductivity of 10 W / m.K.
  • the injection temperature is then 250 ° C., the temperature of the mold being 70 ° C.
  • the heat sink as illustrated in Figure 1 is then obtained after a step of dissolving the sacrificial material.
  • a protective cover is applied to the substrate 11 in order to protect the components 12.
  • this dissolution must be selective, that is to say that the conductive material 13 must not be eliminated with the sacrificial material 74.
  • This dissolution step may for example be carried out with a toluene-type solvent, a conductive polymer based on polypropylene not being dissolved in such a solvent.
  • the method according to the invention implements a step of injection under pressure of polymers.
  • this injection may be suitable for different conductive polymers, according to the specifications of temperature resistance but also of heat dissipation.
  • This injection is carried out at a relatively low temperature, generally below 200 ° C or at 350 ° C for liquid crystal polymer materials. In all cases, the temperature is well below the melting temperature of a metal alloy, which is about 600 ° C for example for an aluminum alloy.
  • This injection step therefore causes less thermal stress and this, with a low production cost.
  • the materials described above are of low cost compared to metallic materials such as aluminum for example.
  • the use of a polymer injected under pressure avoids the etching operations that are conventionally performed to obtain grooves for receiving the fins.
  • this makes it possible to obtain complex dissipators.
  • the method according to the invention makes it possible both to produce fins of complex shape but also a complex dissipator of shape, by a specific assembly of these fins.
  • the injection time is very low, typically a few seconds.
  • the method according to the invention allows a high productivity.
  • the invention can in particular be implemented to manufacture a lighting module with an integrated heat sink, intended to be used in a diode replacement lamp electroluminescent or the manufacture of a power module including power transistors with a heat sink, for an electric vehicle.

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Abstract

The present invention relates to a heat-sink device intended for at least one electronic component (12), including: heat-sink means; a substrate (11) for the at least one electronic component (12), said substrate covering the heat-sink means; and thermal coupling means provided between the substrate and the heat-sink means and made from a material different from that of the heat-sink means. According to the invention, the heat-sink means consist of a set of independent fins (10), and the thermal-coupling means (13) are made from a heat-conductive polymer material and also serve as mechanical coupling means between the substrate (11) and the fins (10).

Description

DISPOSITIF POUR LA DISSIPATION THERMIQUE DESTINE A AU MOINS UN COMPOSANT ELECTRONIQUE ET PROCEDE CORRESPONDANT  DEVICE FOR THERMAL DISSIPATION FOR AT LEAST ONE ELECTRONIC COMPONENT AND CORRESPONDING METHOD
L'invention concerne un dispositif de dissipation de chaleur pour au moins un composant électronique, tel qu'une diode électroluminescente ou LED (Light-Emitting Diode). The invention relates to a heat dissipating device for at least one electronic component, such as a light-emitting diode or LED.
Elle concerne également un procédé pour l'obtention d'un tel dispositif de dissipation de chaleur.  It also relates to a method for obtaining such a heat dissipating device.
De façon générale, la plupart des composants électroniques ont un rendement inférieur à 1. Ceci signifie qu'une partie de l'énergie électrique apportée au composant n'est pas utile pour la fonction désirée et conduit à la production de chaleur. C'est notamment le cas des diodes électroluminescentes, pour lesquelles seulement environ 25 % de l'énergie électrique apportée est utile et produit de la lumière, 75 % de cette énergie étant donc convertie en chaleur.  In general, most electronic components have a yield less than 1. This means that part of the electrical energy supplied to the component is not useful for the desired function and leads to the production of heat. This is especially the case for light-emitting diodes, for which only about 25% of the electrical energy supplied is useful and produces light, 75% of this energy being converted into heat.
Dans le cas où le composant électronique n'est pas refroidi, celui-ci s'échauffe. Pour des diodes électroluminescentes par exemple, cet échauffement conduit notamment à une baisse du rendement, à des dérives colorimétriques et à une réduction de la fiabilité.  In the case where the electronic component is not cooled, it heats up. For light-emitting diodes for example, this heating leads in particular to a drop in yield, color drifts and a reduction in reliability.
C'est pourquoi, il est indispensable d'assurer une dissipation appropriée de la chaleur générée par les composants électroniques.  Therefore, it is essential to ensure proper dissipation of the heat generated by the electronic components.
Les composants électroniques sont généralement placés sur un substrat dit « carte de circuit imprimée » ou PCB (Printed Circuit Board), lequel permet d'interconnecter plusieurs composants électroniques entre eux. Pour refroidir le substrat et les composants électroniques qu'il porte, il est connu de coupler thermiquement ce substrat à un radiateur comprenant des ailettes assurant la dissipation thermique.  The electronic components are generally placed on a substrate called "circuit board" or PCB (Printed Circuit Board), which allows to interconnect several electronic components together. To cool the substrate and the electronic components that it carries, it is known to thermally couple this substrate to a radiator comprising fins providing heat dissipation.
La dissipation thermique s'effectue par conduction, convection et rayonnement.  The heat dissipation is done by conduction, convection and radiation.
La dissipation par conduction se produit à l'intérieur du corps du dissipateur. La dissipation par convection et par rayonnement a lieu à la surface du corps du dissipateur et elle est proportionnelle à la surface d'échange du corps avec l'extérieur. Conductive dissipation occurs within the body of the dissipator. The convection and radiation dissipation takes place at the body surface of the dissipator and it is proportional to the exchange surface of the body with the outside.
Ainsi, pour assurer une bonne dissipation thermique, il faut que le matériau constituant le dissipateur présente une forte conductivité thermique (dissipation par conduction) et une grande surface d'échange (dissipation par convection et rayonnement).  Thus, to ensure good heat dissipation, it is necessary that the material constituting the dissipator has a high thermal conductivity (dissipation by conduction) and a large exchange surface (dissipation by convection and radiation).
Un dissipateur comprenant des ailettes de refroidissement permet d'augmenter les surfaces d'échange dans un volume donné.  A dissipator comprising cooling fins makes it possible to increase the exchange surfaces in a given volume.
On peut ainsi citer le document WO 2005/001943 qui décrit des diodes électroluminescentes placées sur un substrat, ce dernier recouvrant un dissipateur de chaleur. Le substrat permet de transférer la chaleur depuis les diodes jusqu'au dissipateur de chaleur.  It is thus possible to cite WO 2005/001943 which describes light-emitting diodes placed on a substrate, the latter covering a heat sink. The substrate transfers heat from the diodes to the heat sink.
Dans un autre mode de réalisation, le substrat est relié au dissipateur de chaleur par l'intermédiaire d'une couche de liaison et des passages thermiquement conducteurs sont formés à travers le substrat pour permettre à la chaleur de passer des diodes vers le dissipateur de chaleur. Cette couche de liaison est un adhésif ou un ruban thermiquement conducteur.  In another embodiment, the substrate is connected to the heat sink through a bonding layer and thermally conductive passages are formed through the substrate to allow heat to pass from the diodes to the heat sink. . This bonding layer is a thermally conductive adhesive or tape.
Cependant, la conductivité thermique de ces matériaux est généralement médiocre, typiquement inférieure à 1 W/m.K.  However, the thermal conductivity of these materials is generally poor, typically less than 1 W / m.K.
Par ailleurs, la formation de passages à travers le substrat constitue une opération complémentaire qui est coûteuse à réaliser.  Moreover, the formation of passages through the substrate is a complementary operation that is expensive to perform.
On peut également citer le document WO 2009/115512 qui décrit un dissipateur de chaleur pour un composant électronique qui comprend un corps réalisé en un matériau plastique qui est un conducteur thermique. Ce dissipateur est couplé thermiquement à une source de chaleur qui est typiquement une carte de circuit imprimé portant des LEDs.  There may also be mentioned WO 2009/115512 which describes a heat sink for an electronic component which comprises a body made of a plastic material which is a thermal conductor. This dissipator is thermally coupled to a heat source which is typically a printed circuit board carrying LEDs.
La connexion thermique entre les dissipateurs et la carte de circuit imprimée se fait directement ou par l'intermédiaire d'un isolant, par exemple une couche d'un matériau qui est un conducteur thermique et un isolant électrique. Par ailleurs, la forme du dissipateur influe sur l'efficacité de la dissipation thermique. The heat connection between the dissipators and the printed circuit board is done directly or through an insulator, for example a layer of a material which is a thermal conductor and an electrical insulator. In addition, the shape of the dissipator influences the efficiency of the heat dissipation.
Ainsi, la diminution de l'épaisseur des ailettes et de l'espacement entre les ailettes permet d'augmenter le nombre d'ailettes dans un volume donné. Cependant, la réduction de l'épaisseur des ailettes conduit à une augmentation de la résistance thermique interne de conduction.  Thus, the decrease in the thickness of the fins and the spacing between the fins makes it possible to increase the number of fins in a given volume. However, the reduction of the thickness of the fins leads to an increase in the internal thermal resistance of conduction.
Un compromis doit donc être trouvé entre l'épaisseur des ailettes et la conductivité thermique du matériau les constituant.  A compromise must therefore be found between the thickness of the fins and the thermal conductivity of the material constituting them.
C'est pourquoi les dissipateurs de chaleur sont souvent réalisés avec des matériaux de forte conductivité thermique, comme l'aluminium par exemple. Ainsi, des ailettes réalisées en aluminium pourront présenter une épaisseur beaucoup plus faible que des ailettes réalisées en acier.  This is why heat sinks are often made of materials with high thermal conductivity, such as aluminum for example. Thus, fins made of aluminum may have a much smaller thickness than fins made of steel.
De plus, l'obtention d'ailettes d'épaisseur réduite présentant un faible espacement entre elles nécessite la mise en œuvre de techniques d'usinage mécanique de précision qui sont coûteuses. Ceci est encore accentué lorsque la forme des ailettes est complexe, par exemple courbe avec une forme géométrique spécifique.  In addition, obtaining fins of reduced thickness having a small spacing between them requires the implementation of machining techniques of precision that are expensive. This is further accentuated when the shape of the fins is complex, for example curve with a specific geometric shape.
C'est pourquoi pour réaliser des dissipateurs avec des ailettes de formes complexes, il est possible d'utiliser des techniques de fonderie pour les métaux.  This is why to make dissipators with fins of complex shapes, it is possible to use foundry techniques for metals.
Cependant, ces techniques ne permettent pas d'obtenir des épaisseurs très faibles, l'épaisseur minimale d'une ailette étant typiquement 2 mm.  However, these techniques do not allow to obtain very small thicknesses, the minimum thickness of a fin being typically 2 mm.
De surcroît, ces techniques de fonderie nécessitent de mettre en fusion le métal à une température supérieure à son point de fusion. Elles consomment donc une quantité d'énergie importante.  In addition, these foundry techniques require melting the metal at a temperature above its melting point. They consume a lot of energy.
L'invention a donc pour objet de pallier ces inconvénients en proposant un dispositif pour la dissipation thermique et destiné à au moins un composant électronique, ce dispositif offrant une surface d'échange importante dans un volume donné, grâce à une faible épaisseur d'ailettes, ce dispositif étant obtenu avec des coûts réduits et pouvant présenter des ailettes de forme complexe. The invention therefore aims to overcome these disadvantages by providing a device for heat dissipation and intended for at least one electronic component, this device offering a large exchange surface in a given volume, thanks to a small thickness of fins , this device being obtained with reduced costs and may have fins of complex shape.
L'invention concerne donc un tel dispositif comprenant :  The invention thus relates to such a device comprising:
des moyens de dissipation thermique,  heat dissipation means,
- un substrat pour ledit au moins un composant électronique, recouvrant lesdits moyens de dissipation thermique, et a substrate for said at least one electronic component, covering said heat dissipation means, and
des moyens de couplage thermique entre le substrat et les moyens de dissipation thermique, ces moyens de couplage étant réalisés en un matériau différent du matériau constitutif des moyens de dissipation thermique,  thermal coupling means between the substrate and the heat dissipation means, these coupling means being made of a material different from the material constituting the heat dissipation means,
dans lequel les moyens de dissipation thermique sont constitués par un ensemble d'ailettes indépendantes et dans lequel les moyens de couplage thermique sont réalisés en un matériau polymère conducteur de la chaleur et assurent également le couplage mécanique entre ledit substrat et lesdites ailettes. wherein the heat dissipation means are constituted by a set of independent fins and wherein the thermal coupling means are made of a heat conductive polymer material and also provide the mechanical coupling between said substrate and said fins.
Dans une variante de réalisation, le dispositif comprend, à l'opposé dudit substrat, un autre substrat portant au moins un composant électronique et d'autres moyens de couplage, grâce auxquels ledit autre substrat est également couplé thermiquement et mécaniquement auxdites ailettes.  In an alternative embodiment, the device comprises, opposite said substrate, another substrate carrying at least one electronic component and other coupling means, whereby said other substrate is also thermally and mechanically coupled to said fins.
De façon préférée, le matériau constitutif des moyens de couplage thermique est un polymère thermoplastique.  Preferably, the constituent material of the thermal coupling means is a thermoplastic polymer.
De plus, les moyens de couplage thermique peuvent comporter une charge thermiquement conductrice et ils présentent avantageusement une conductivité thermique supérieure à 1 W/m.K.  In addition, the thermal coupling means may comprise a thermally conductive filler and they advantageously have a thermal conductivity greater than 1 W / m.K.
De façon préférée, les moyens de couplage thermique enrobent au moins une partie des ailettes et sont en contact direct avec le substrat.  Preferably, the thermal coupling means encapsulate at least a portion of the fins and are in direct contact with the substrate.
L'épaisseur des ailettes est avantageusement comprise entre 250 pm et 2,5 mm.  The thickness of the fins is advantageously between 250 μm and 2.5 mm.
De façon préférée, les ailettes sont réalisées en un matériau dont la conductivité thermique est supérieure à 20 W/m.K. L'invention concerne également un procédé pour l'obtention d'un dispositif pour la dissipation thermique destiné à au moins un composant électronique, ce procédé comprenant les étapes suivantes : Preferably, the fins are made of a material whose thermal conductivity is greater than 20 W / mK The invention also relates to a method for obtaining a device for heat dissipation intended for at least one electronic component, this method comprising the following steps:
(a) obtention d'un ensemble discret d'ailettes, (a) obtaining a discrete set of fins,
(b) positionnement et maintien des ailettes, les ailettes ménageant entre elles un espace déterminé, (b) positioning and maintaining the fins, the fins leaving between them a determined space,
(c) obtention d'un ensemble formé d'un substrat et d'au moins un composant électronique,  (c) obtaining an assembly formed of a substrate and at least one electronic component,
(d) positionnement dudit ensemble sur les extrémités des ailettes, ledit substrat étant en contact au moins partiel avec lesdites ailettes,  (d) positioning said assembly on the ends of the fins, said substrate being in at least partial contact with said fins,
(e) moulage d'un matériau conducteur de la chaleur entre ledit substrat et lesdites ailettes.  (e) molding a heat conductive material between said substrate and said fins.
Dans une variante de mise en uvre, le procédé comprend, entre les étapes (c) et (d), les étapes suivantes :  In an implementation variant, the method comprises, between steps (c) and (d), the following steps:
(ci) une pièce est insérée sur les extrémités libres des ailettes, (ci) a piece is inserted on the free ends of the fins,
(C2) un matériau sacrificiel est moulé entre ladite pièce et ledit support, et  (C2) a sacrificial material is molded between said part and said support, and
(C3) ladite pièce est ensuite retirée, (C3) said part is then removed,
et dans lequel le matériau sacrificiel est retiré après l'étape (e). and wherein the sacrificial material is removed after step (e).
De façon préférée, le support des ailettes est retiré après l'étape (e) ou l'étape (C3).  Preferably, the support of the fins is removed after step (e) or step (C3).
Dans une autre variante de mise en oeuvre du procédé, sont réalisées, après l'étape (e), les étapes suivantes :  In another alternative embodiment of the method, the following steps are performed after step (e):
(f) obtention d'un autre ensemble formé d'un autre substrat et d'au moins un composant électronique,  (f) obtaining another assembly formed of another substrate and at least one electronic component,
(g) positionnement dudit autre ensemble sur les extrémités libres des ailettes, à l'opposé dudit ensemble, (g) positioning said other assembly on the free ends of the fins, opposite said assembly,
(h) moulage d'un matériau conducteur de la chaleur entre ledit autre substrat et les ailettes. (h) molding a heat conductive material between said other substrate and the fins.
De façon préférée, le matériau utilisé lors des étapes (e) et/ou (h) est un matériau polymère injecté à chaud, le procédé comprenant alors une étape de refroidissement, après les étapes (e) et/ou (h). L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement de la description qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : Preferably, the material used in steps (e) and / or (h) is a hot-injected polymer material, the process then comprising a cooling step, after steps (e) and / or (h). The invention will be better understood and other objects, advantages and characteristics thereof will appear more clearly from the description which follows and which is given with reference to the appended drawings, in which:
la figure 1 est une vue en coupe d'un premier exemple d'un dissipateur de chaleur selon l'invention,  FIG. 1 is a sectional view of a first example of a heat sink according to the invention,
la figure 2 représente un deuxième exemple d'un dissipateur de chaleur selon l'invention,  FIG. 2 represents a second example of a heat sink according to the invention,
la figure 3 illustre un troisième exemple d'un dissipateur de chaleur selon l'invention,  FIG. 3 illustrates a third example of a heat sink according to the invention,
- les figures 4a à 4c illustrent des étapes d'un procédé pour l'obtention d'un dissipateur de chaleur selon l'invention,  FIGS. 4a to 4c illustrate steps of a method for obtaining a heat sink according to the invention,
les figures 5a à 5d illustrent des étapes complémentaires d'une variante du procédé pour l'obtention d'un dissipateur de chaleur selon l'invention, et  FIGS. 5a to 5d illustrate complementary steps of a variant of the method for obtaining a heat sink according to the invention, and
- la figure 6 est une vue de dessus d'une ailette d'un dissipateur pouvant être obtenu avec le procédé décrit en référence aux figures 5a à 5d.  - Figure 6 is a top view of a fin of a dissipator obtainable with the method described with reference to Figures 5a to 5d.
Les éléments communs aux différentes figures seront désignés par les mêmes références.  The elements common to the different figures will be designated by the same references.
Le dispositif pour la dissipation thermique 1 illustré à la figure 1 comprend un ensemble discret d'ailettes 10, ici seize ailettes planes disposées sensiblement parallèlement les unes aux autres.  The device for heat dissipation 1 illustrated in Figure 1 comprises a discrete set of fins 10, here sixteen planar fins arranged substantially parallel to each other.
Comme cela sera expliqué dans la suite de la description, les ailettes peuvent présenter une forme quelconque, qu'elles soient planes ou de révolution, comme des cylindres pleins.  As will be explained in the following description, the fins may have any shape, whether flat or revolution, like solid cylinders.
Ces ailettes constituent les moyens de dissipation thermique et sont réalisées dans un matériau présentant une bonne conduction thermique, typiquement supérieure à 20 W/m.K, voire supérieure à 50 W/m.K.  These fins constitute heat dissipation means and are made of a material having good thermal conduction, typically greater than 20 W / m.K, or even greater than 50 W / m.K.
Ces matériaux peuvent être notamment choisis parmi un alliage à base d'aluminium ou de cuivre ou l'acier.  These materials may be chosen especially from an alloy based on aluminum or copper or steel.
On pourra également utiliser des matériaux plus coûteux, comme des matériaux céramiques par exemple du type graphite, carbure de silicum ou nitrure d'aluminium ou encore des matériaux composites du type Al/SiC, C/C ou W/Cu. It is also possible to use more expensive materials, such as ceramic materials, for example graphite, carbide silicum or aluminum nitride or composite materials of the Al / SiC, C / C or W / Cu type.
Le dispositif 1 comporte également un substrat 11 sur lequel sont placés des composants électroniques 12.  The device 1 also comprises a substrate 11 on which electronic components 12 are placed.
Le substrat 11 peut être mono ou multi-couche.  The substrate 11 may be single or multi-layer.
Ce substrat peut être un PCB (Printed Circuit Board), réalisé par exemple à base de polymère, notamment du type FR4, c'est-à-dire un composite de résine époxy renforcé de fibres de verre.  This substrate may be a PCB (Printed Circuit Board), made for example based on a polymer, in particular of the FR4 type, that is to say a fiberglass-reinforced epoxy resin composite.
Le substrat peut également être du type MCPCB (Métal Core PCB) c'est-à-dire comporter une couche métallique épaisse, réalisée par exemple en Al ou Cu sur laquelle est formée une couche mince en un matériau polymère, par exemple du type FR4, une couche métallique mince étant également formée sur la couche en polymère.  The substrate may also be of the MCPCB (Metal Core PCB) type, that is to say have a thick metal layer, made for example of Al or Cu on which is formed a thin layer of a polymer material, for example of the FR4 type a thin metal layer also being formed on the polymer layer.
Le substrat peut également être du type IMS (Insulated Métal Substrate). Ce substrat présente une configuration voisine de celle des MCPCB. Cependant, le matériau isolant enrobant le cœur métallique n'est pas un polymère du type FR4 mais un autre polymère ayant de bonnes propriétés de conduction thermique ou encore de l'alumine obtenue par exemple par oxydation de l'aluminium.  The substrate may also be of the IMS (Insulated Metal Substrate) type. This substrate has a configuration similar to that of the MCPCBs. However, the insulating material coating the metal core is not a FR4-type polymer but another polymer having good thermal conduction properties or even alumina obtained for example by oxidation of aluminum.
Le substrat peut également être réalisé à base d'un matériau céramique, notamment l'alumine et le nitrure d'aluminium.  The substrate may also be made based on a ceramic material, in particular alumina and aluminum nitride.
Le substrat peut encore être réalisé en un matériau souple, typiquement en un polymère de type polyimide.  The substrate may also be made of a flexible material, typically a polyimide polymer.
Le substrat 11 comporte, sur sa face 110 recevant les composants électroniques, une couche métallique, par exemple en cuivre, grâce à laquelle le substrat assure l'interconnexion électrique entre les composants 12 et un étalement de la chaleur d'autant plus élevé que l'épaisseur de cuivre est importante.  The substrate 11 comprises, on its face 110 receiving the electronic components, a metal layer, for example copper, thanks to which the substrate provides the electrical interconnection between the components 12 and heat spreading all the higher as the Copper thickness is important.
L'épaisseur de la couche de cuivre est typiquement de 35 pm. Le substrat 11 assure également, dans son épaisseur, un étalement de la chaleur provenant des différents composants 12. C'est pourquoi, son épaisseur est typiquement d'au moins 350 pm. Cependant, dans certains cas, par exemple l'utilisation d'un substrat à base de polyimide, l'épaisseur du substrat est relativement faible, typiquement comprise entre 25-100 pm. L'étalement de la chaleur est obtenu essentiellement grâce à la couche d'interconnexion métallique. The thickness of the copper layer is typically 35 μm. The substrate 11 also provides, in its thickness, a spread of heat from the various components 12. Therefore, its thickness is typically at least 350 pm. However, in some cases, for example the use of a polyimide-based substrate, the thickness of the substrate is relatively low, typically between 25-100 μm. The spread of heat is obtained essentially through the metal interconnection layer.
De façon générale, l'étalement de la chaleur augmente avec l'épaisseur de la couche métallique.  In general, the heat spread increases with the thickness of the metal layer.
Un substrat du type MCPCB est, à cet égard, avantageusement utilisé car il comporte une couche métallique d'épaisseur importante sur la face 111 , opposée à la face 110.  A substrate of the MCPCB type is, in this respect, advantageously used because it comprises a metal layer of considerable thickness on the face 111, opposite the face 110.
Enfin, le substrat 11 peut comporter des vias thermiques pour favoriser la dissipation de la chaleur, comme cela est par exemple décrit dans le document WO 2005/001943.  Finally, the substrate 11 may include thermal vias to promote the dissipation of heat, as described for example in WO 2005/001943.
Les composants électroniques 12 considérés sont des composants électroniques qui produisent de la chaleur. Ce sont typiquement des composants de type LED ou encore des circuits intégrés de puissance comme des microprocesseurs, des transistors bipolaires à grille isolée (ou IGBT : Insulated Gâte Bipolar Transistor) ou encore des transistors à haute mobilité d'électrons (HEMT : High Electron Mobility Transistor).  The electronic components 12 considered are electronic components that produce heat. These are typically LED-type components or power integrated circuits such as microprocessors, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) or high electron mobility transistors (HEMTs). Transistor).
De façon classique, les composants électroniques 12 sont fixés sur le substrat 11 par brasage ou encore par collage. On peut typiquement utiliser une colle ayant de bonnes propriétés de conduction thermique comme les colles époxy chargées en particules d'argent.  In a conventional manner, the electronic components 12 are fixed on the substrate 11 by soldering or by gluing. A glue having good thermal conduction properties such as epoxy glues loaded with silver particles can typically be used.
D'autres techniques à base de graisse thermique peuvent également être utilisées. Cependant, elles conduisent à un transfert de chaleur entre les composants électroniques et le substrat qui est de niveau inférieur.  Other techniques based on thermal grease can also be used. However, they lead to a transfer of heat between the electronic components and the substrate which is of lower level.
Comme le montre la figure 1 , le substrat 11 est en contact au moins partiel, par sa face 111 , avec l'extrémité 100 des ailettes 10, et une couche 13 est prévue entre le substrat et la partie supérieure des ailettes proche de leur extrémité 100. Cette couche 13 assure à la fois le couplage mécanique et le couplage thermique entre les ailettes 10 et le substrat 11. Cette couche est continue. As shown in FIG. 1, the substrate 11 is in at least partial contact, by its face 111, with the end 100 of the fins 10, and a layer 13 is provided between the substrate and the upper part of the fins close to their end. 100. This layer 13 ensures both the mechanical coupling and the thermal coupling between the fins 10 and the substrate 11. This layer is continuous.
Les moyens de couplage 13 sont réalisés en un matériau polymère, de préférence pouvant être injecté sous pression.  The coupling means 13 are made of a polymeric material, which can preferably be injected under pressure.
Il peut s'agir d'un polymère thermoplastique, choisi par exemple parmi les polymères suivants : polypropylène, polyamide, polystyrène, polyéthylène, polypropylènestyrène, polyméthylmétacrylate, polycarbonate, copolymère acrylonitrile-butadiène-styrène ou encore un polymère à cristaux liquides.  It may be a thermoplastic polymer chosen for example from the following polymers: polypropylene, polyamide, polystyrene, polyethylene, polypropylene-styrene, polymethylmethacrylate, polycarbonate, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer or a liquid crystal polymer.
Un polymère thermoplastique présente l'avantage de pouvoir être injecté à chaud, car il est mou lorsqu'il est chauffé au-dessus d'une température déterminée. Sa forme peut ensuite être figée par refroidissement. Enfin, cette opération est réversible.  A thermoplastic polymer has the advantage that it can be injected hot, because it is soft when heated above a certain temperature. Its shape can then be frozen by cooling. Finally, this operation is reversible.
On peut également retenir des matériaux polymères thermodurcissables, notamment à base d'époxy ou de silicone.  It is also possible to retain thermosetting polymer materials, in particular based on epoxy or silicone.
Pour améliorer la conductivité thermique du polymère, une charge thermiquement conductrice, par exemple une charge minérale comme du graphite, ou encore du noir de carbone peuvent être avantageusement introduits dans le polymère.  To improve the thermal conductivity of the polymer, a thermally conductive filler, for example a mineral filler such as graphite, or carbon black may advantageously be introduced into the polymer.
La conductivité thermique obtenue est typiquement comprise entre 1 et 20 W/m.K.  The thermal conductivity obtained is typically between 1 and 20 W / m.K.
Le dissipateur de chaleur 2 illustré à la figure 2 diffère de celui illustré à la figure 1 en ce qu'il comporte un autre substrat 11 ' positionné sur les extrémités 101 des ailettes 10, opposées aux extrémités 100, ce substrat supportant des composants électroniques 12'.  The heat sink 2 illustrated in Figure 2 differs from that shown in Figure 1 in that it comprises another substrate 11 'positioned on the ends 101 of the fins 10, opposite the ends 100, this substrate supporting electronic components 12 .
Des moyens 13', similaires aux moyens 13, assurent le couplage thermique et mécanique entre les ailettes 10 et le substrat 11 '.  Means 13 ', similar to the means 13, provide the thermal and mechanical coupling between the fins 10 and the substrate 11'.
Le dissipateur de chaleur 3 illustré à la figure 3 diffère du dissipateur de chaleur illustré à la figure 1 en ce que les ailettes 10' sont de forme courbe. Par ailleurs, ce dissipateur 3 comporte également un substrat 11 sur lequel sont placés des composants électroniques 12 et des moyens de couplage mécanique et thermique 13 entre les ailettes 10' et le substrat 11. The heat sink 3 illustrated in Figure 3 differs from the heat sink illustrated in Figure 1 in that the fins 10 'are curved. Moreover, this dissipator 3 also comprises a substrate 11 on which are placed electronic components 12 and mechanical and thermal coupling means 13 between the fins 10 'and the substrate 11.
Les exemples de dissipateur de chaleur qui viennent d'être décrits montrent que l'invention permet de réaliser des dissipateurs présentant des ailettes de forme quelconque.  The examples of heat sink which have just been described show that the invention makes it possible to produce dissipators having fins of any shape.
Ainsi, des ailettes de forme plane pourront être obtenues par la découpe mécanique d'une tôle métallique par usinage laser, scie à fil, électro-érosion, découpage ou encore poinçonnage.  Thus, fins of planar shape can be obtained by the mechanical cutting of a metal sheet by laser machining, wire saw, electro-erosion, cutting or punching.
Ces techniques permettent de réaliser un grand nombre d'ailettes dans une seule tôle de grande dimension.  These techniques make it possible to produce a large number of fins in a single large sheet.
Pour des ailettes de forme complexe, par exemple de forme courbe comme illustrée sur la figure 3, une étape d'emboutissage peut être prévue après le découpage des ailettes pour leur donner une forme incurvée.  For fins of complex shape, for example of curved shape as illustrated in Figure 3, a stamping step may be provided after cutting the fins to give them a curved shape.
Dans tous les cas, les techniques de mise en œuvre sont des techniques à faible coût de production.  In any case, the implementation techniques are low cost production techniques.
Par ailleurs, l'épaisseur des ailettes est typiquement comprise entre 250 pm et 2,5 mm. Leur épaisseur dépend uniquement de l'épaisseur de la tôle qui est utilisée. Ainsi, l'obtention d'ailettes dont l'épaisseur est inférieure au millimètre ne nécessite pas la mise en œuvre de techniques d'usinage de précision.  Moreover, the thickness of the fins is typically between 250 μm and 2.5 mm. Their thickness depends only on the thickness of the sheet that is used. Thus, obtaining fins whose thickness is less than one millimeter does not require the implementation of precision machining techniques.
Il est donc possible d'augmenter la surface d'échange pour un dissipateur de volume donné et ce, sans augmenter son coût de fabrication. Ceci constitue un avantage important par rapport aux dissipateurs de chaleur connus dans l'état de la technique. Par ailleurs, le procédé est particulièrement adapté à la réalisation d'ailettes en un matériau présentant une forte conductivité thermique, comme l'aluminium.  It is therefore possible to increase the exchange surface for a given volume dissipator and without increasing its manufacturing cost. This is a significant advantage over heat sinks known in the state of the art. Furthermore, the method is particularly suitable for producing fins made of a material having a high thermal conductivity, such as aluminum.
Un procédé pour l'obtention d'un dissipateur de chaleur, tel que celui illustré à la figure 1 va maintenant être décrit en référence aux figures 4a à 4c. Ce procédé consiste tout d'abord à réaliser un ensemble d'ailettes par une des techniques qui viennent d'être décrites. A method for obtaining a heat sink, such as that illustrated in Figure 1 will now be described with reference to Figures 4a to 4c. This method consists first of all in producing a set of fins by one of the techniques which have just been described.
A titre d'exemple, ces ailettes sont de forme rectangulaire, avec une largeur de 30 mm et une hauteur de 20 mm.  By way of example, these fins are of rectangular shape, with a width of 30 mm and a height of 20 mm.
Elles ont été obtenues par un usinage laser ou de type électro-érosion, à partir d'une tôle d'aluminium de grade 1050 et d'épaisseur de 1 mm.  They were obtained by laser or electro-erosion machining, from a grade 1050 aluminum sheet with a thickness of 1 mm.
La figure 4a montre que ces ailettes 10 sont tout d'abord placées dans un outil de positionnement 4, par exemple réalisé en acier, par l'intermédiaire de leur extrémité 101.  FIG. 4a shows that these fins 10 are first placed in a positioning tool 4, for example made of steel, via their end 101.
Cet outil 4 est conçu pour positionner et maintenir les ailettes. Celles-ci sont sensiblement parallèles les unes aux autres et sont écartées les unes des autres d'un espace « e » déterminé, par exemple d'1 mm.  This tool 4 is designed to position and maintain the fins. These are substantially parallel to each other and are separated from each other by a space "e" determined, for example 1 mm.
Le procédé consiste également à obtenir un ensemble formé d'un substrat 11 et d'au moins un composant électronique 12.  The method also includes obtaining an assembly formed of a substrate 11 and at least one electronic component 12.
Ces composants électroniques sont par exemple des diodes électroluminescentes qui sont reportées par brasage sur la face 110 d'un substrat du type PCB standard.  These electronic components are, for example, light-emitting diodes which are soldered on the face 110 of a substrate of the standard PCB type.
Ce substrat est réalisé en un matériau composite du type époxy/fibres de verre dont l'épaisseur est par exemple de 1 mm. Sur cette même face 110 du substrat est disposée une couche de cuivre de 35 μητι d'épaisseur.  This substrate is made of a composite material of the epoxy / glass fiber type whose thickness is for example 1 mm. On the same face 110 of the substrate is disposed a copper layer 35 μητι thick.
La figure 4b illustre l'ensemble ainsi formé, après son positionnement sur les ailettes 10.  FIG. 4b illustrates the assembly thus formed, after its positioning on the fins 10.
Un substrat présentant une longueur de 31 mm et une largeur de 30 mm, peut ainsi recouvrir les seize ailettes 10 précédemment décrites.  A substrate having a length of 31 mm and a width of 30 mm, can thus cover the sixteen fins 10 previously described.
Le substrat est ainsi en contact avec les extrémités 100 des ailettes, situées à l'opposé des extrémités 101 , lesquelles sont placées dans le support 4.  The substrate is thus in contact with the ends 100 of the fins, located opposite ends 101, which are placed in the support 4.
A cet égard, il convient de noter que le contact entre le substrat 11 et les ailettes 10 n'est pas nécessairement parfait. En effet, pour des raisons de tolérance de découpe, les ailettes 10 n'ont pas nécessairement strictement la même hauteur. In this respect, it should be noted that the contact between the substrate 11 and the fins 10 is not necessarily perfect. Indeed, for reasons for cutting tolerance, the fins 10 do not necessarily have exactly the same height.
Ceci ne constitue un inconvénient ni pour la mise en œuvre du procédé, ni pour le dispositif qui sera obtenu.  This is not a disadvantage either for the implementation of the method, nor for the device that will be obtained.
La figure 4c illustre un moule d'injection 5. Il peut être réalisé d'une pièce mais il est cependant généralement constitué de plusieurs pièces.  FIG. 4c illustrates an injection mold 5. It can be made in one piece, but it generally consists of several parts.
Sa forme est adaptée à celles des pièces décrites en relation avec la figure 4b et il permet notamment d'éviter l'injection de matériau autour des composants 12, grâce à la présence de cavités 50 de protection de ces composants.  Its shape is adapted to those parts described in relation to Figure 4b and it allows in particular to avoid the injection of material around the components 12, due to the presence of cavities 50 of these components.
Ce moule 5 comporte également une cavité 51 , dans laquelle est placé le substrat 11 ainsi qu'une partie des ailettes 10 située à proximité des extrémités 100.  This mold 5 also comprises a cavity 51, in which is placed the substrate 11 and a portion of the fins 10 located near the ends 100.
De façon générale, la cavité 51 sera suffisamment importante pour accueillir environ 10% de la hauteur de l'ailette.  In general, the cavity 51 will be large enough to accommodate about 10% of the height of the fin.
Le moule 5 peut notamment être réalisé en acier. Il peut comporter des inserts amovibles, par exemple disposés entre les ailettes et contenu dans une coque extérieure.  The mold 5 may in particular be made of steel. It may comprise removable inserts, for example arranged between the fins and contained in an outer shell.
Bien entendu, ce moule doit être thermiquement contrôlé. A cet effet, il peut comporter des canaux internes dans lesquels un fluide est destiné à circuler afin de maintenir une température constante.  Of course, this mold must be thermally controlled. For this purpose, it may comprise internal channels in which a fluid is intended to circulate in order to maintain a constant temperature.
La cavité 51 comporte une veine d'alimentation 52 par laquelle le matériau va être introduit dans le moule.  The cavity 51 comprises a feed stream 52 through which the material will be introduced into the mold.
Le matériau conducteur thermique est injecté sous pression dans le moule 5.  The thermal conductive material is injected under pressure into the mold 5.
Il convient de noter que l'injection de polymère conducteur au contact direct des ailettes et du substrat permet de réduire la résistance thermique interne du système.  It should be noted that the injection of conductive polymer in direct contact with the fins and the substrate reduces the internal thermal resistance of the system.
Par ailleurs, si le contact entre l'extrémité des ailettes et le substrat n'était pas parfait, du matériau polymère sera également présent entre l'extrémité des ailettes et le substrat. Ceci ne perturbe pas le fonctionnement du dispositif. Ce matériau est de préférence un matériau thermoplastique qui est injecté à chaud. On the other hand, if the contact between the end of the fins and the substrate is not perfect, polymer material will also be present between the end of the fins and the substrate. This does not disturb the operation of the device. This material is preferably a thermoplastic material which is injected hot.
Il peut notamment s'agir d'un polymère distribué par la société Coolpolymers de référence E 4501. Ce polymère présente une conductivité thermique de 4 W/m.K. La température d'injection est de 200° C et la température du moule est maintenue à 50° C.  It may especially be a polymer distributed by the company Coolpolymers E 4501. This polymer has a thermal conductivity of 4 W / m.K. The injection temperature is 200 ° C. and the temperature of the mold is maintained at 50 ° C.
Après refroidissement, les différentes pièces du moule 5 ainsi que le support 4 des ailettes sont retirés. De plus, le polymère qui reste présent dans le support 11 du fait de la veine d'alimentation est éliminé mécaniquement pour obtenir le dissipateur de chaleur illustré à la figure 1.  After cooling, the various parts of the mold 5 and the support 4 of the fins are removed. In addition, the polymer that remains in the support 11 because of the feed vein is removed mechanically to obtain the heat sink shown in Figure 1.
Ainsi, le dispositif comporte des ailettes dont une partie de la hauteur, à proximité de leur extrémité 100, est enrobée dans un matériau conducteur thermique. Cette partie correspond typiquement à 10% de la hauteur des ailettes. De manière générale, plus la conductivité du matériau polymère thermiquement conducteur est faible, plus la hauteur de l'ailette qu'il enrobe est importante, de façon à augmenter la conductance globale de l'ailette.  Thus, the device comprises fins whose part of the height, near their end 100, is embedded in a thermal conductive material. This portion typically corresponds to 10% of the height of the fins. In general, the lower the conductivity of the thermally conductive polymer material, the greater the height of the fin which it coats, in order to increase the overall conductance of the fin.
Une variante de mise en œuvre du procédé selon l'invention va maintenant être décrite en référence aux figures 5a à 5d.  An alternative embodiment of the method according to the invention will now be described with reference to FIGS. 5a to 5d.
Cette variante est mise en oeuvre lorsque le dissipateur a une forme très complexe et qu'en conséquence, il est difficile de concevoir un moule conforme et facilement démontable après les opérations d'injection.  This variant is implemented when the dissipator has a very complex shape and as a result, it is difficult to design a mold compliant and easily removable after the injection operations.
Ceci est notamment le cas lorsque les ailettes présentent une forme telle qu'illustrée à la figure 6, avec un bord 61 en arc de cercle en vis-à- vis d'un bord droit 60.  This is particularly the case when the fins have a shape as shown in Figure 6, with an edge 61 in an arc facing a straight edge 60.
Ces ailettes sont alors disposées de façon radiale sur un support central.  These fins are then arranged radially on a central support.
Pour simplifier les schémas illustrant les différentes étapes du procédé, ce dernier sera décrit pour un dissipateur thermique similaire à celui illustré à la figure 1. Le procédé consiste encore à réaliser tout d'abord un ensemble d'ailettes, ces ailettes pouvant avoir une forme complexe, comme illustrée à la figure 6. To simplify the diagrams illustrating the various steps of the process, the latter will be described for a heat sink similar to that shown in Figure 1. The method also consists in first producing a set of fins, these fins being able to have a complex shape, as illustrated in FIG.
Les techniques et les matériaux décrits précédemment peuvent être utilisés.  The techniques and materials described above can be used.
Les ailettes 10 sont tout d'abord placées dans un outil de positionnement 4, par exemple réalisé en acier.  The fins 10 are first placed in a positioning tool 4, for example made of steel.
Dans l'exemple illustré à la figure 5a, le positionnement des ailettes est réalisé par l'intermédiaire de leur extrémité 101. Pour des ailettes 6 telles que celles illustrées à la figure 6, leur positionnement sur un outil radial serait réalisé par l'intermédiaire de leur bord 60.  In the example illustrated in FIG. 5a, the positioning of the fins is carried out via their end 101. For fins 6 such as those illustrated in FIG. 6, their positioning on a radial tool would be achieved via from their edge 60.
Dans l'exemple illustré à la figure 5a, les ailettes sont écartées les unes des autres d'un espace « e », par exemple de 1 mm.  In the example illustrated in Figure 5a, the fins are spaced apart from each other by a space "e", for example 1 mm.
La figure 5a illustre un moule 7 qui comporte une partie externe 70 pouvant être réalisée en plusieurs parties et un insert central amovible 71.  FIG. 5a illustrates a mold 7 which has an outer part 70 that can be made in several parts and a removable central insert 71.
L'insert est disposé sur les extrémités 100 des ailettes 10, de façon à entourer les ailettes 10 sur une partie de leur hauteur. L'ensemble constitué par l'outil 4, les ailettes 10 et l'insert 71 est alors placé à l'intérieur de la partie 70 du moule.  The insert is disposed on the ends 100 of the fins 10, so as to surround the fins 10 over part of their height. The assembly constituted by the tool 4, the fins 10 and the insert 71 is then placed inside the part 70 of the mold.
Le procédé consiste ensuite à injecter un matériau sacrificiel dans la cavité 72 de la pièce 70, par l'intermédiaire de la veine d'alimentation 73.  The method then comprises injecting a sacrificial material into the cavity 72 of the workpiece 70, via the feed vein 73.
Ce matériau sacrificiel est par exemple du polystyrène. La température d'injection de ce matériau est par exemple de 220° C, la température du moule étant maintenue à 50° C.  This sacrificial material is for example polystyrene. The injection temperature of this material is, for example, 220 ° C., the temperature of the mold being maintained at 50 ° C.
La figure 5b illustre les ailettes 10 et le matériau sacrificiel 74, après retrait de l'outil 4 et du moule 7. De plus, le matériau sacrificiel présent du fait de la veine d'alimentation 73 a été éliminé mécaniquement.  Figure 5b illustrates the fins 10 and the sacrificial material 74, after removal of the tool 4 and the mold 7. In addition, the sacrificial material present because of the feed vein 73 has been removed mechanically.
Un substrat 10 supportant des composants électroniques 12 est réalisé. On peut notamment se référer à la description qui précède pour l'obtention de ce substrat. Lorsque les ailettes sont disposées de façon radiale, le substrat présente la forme d'un anneau. A substrate 10 supporting electronic components 12 is made. In particular, it is possible to refer to the foregoing description for obtaining this substrate. When the fins are arranged radially, the substrate has the shape of a ring.
Il peut consister en un substrat du type MCPCB formé d'une couche de cuivre de 1 mm d'épaisseur, d'une couche d'un matériau diélectrique, typiquement FR4, d'une épaisseur de 75 pm et d'une couche de cuivre assurant une interconnexion entre les composants électroniques, typiquement d'une épaisseur de 35 pm.  It can consist of a substrate of the MCPCB type formed of a 1 mm thick copper layer, a layer of a dielectric material, typically FR4, with a thickness of 75 μm and a layer of copper providing interconnection between the electronic components, typically of a thickness of 35 μm.
Le substrat ainsi obtenu est positionné sur les extrémités 100 des ailettes.  The substrate thus obtained is positioned on the ends 100 of the fins.
Un autre moule 8 est alors positionné sur le substrat et le matériau sacrificiel 74.  Another mold 8 is then positioned on the substrate and the sacrificial material 74.
Ce moule 8 comporte des cavités 80 dans lesquelles sont insérés les composants 12 et qui permettent de les protéger lors de l'étape ultérieure.  This mold 8 has cavities 80 in which the components 12 are inserted and which make it possible to protect them during the subsequent step.
Cette dernière consiste à injecter à l'intérieur de la cavité 81 du moule un matériau conducteur thermique, par l'intermédiaire de la veine d'alimentation 82.  The latter consists in injecting inside the cavity 81 of the mold a thermally conductive material, via the feed vein 82.
Ce matériau peut être un polymère thermoplastique conducteur, notamment un polymère à base de polypropylène distribué par la société Coolpolymers de référence E 1201. Ce matériau présente une conductivité thermique de 10 W/m.K. La température d'injection est alors de 250° C, la température du moule étant de 70° C.  This material may be a conductive thermoplastic polymer, especially a polymer based on polypropylene distributed by the company Coolpolymers E 1201. This material has a thermal conductivity of 10 W / m.K. The injection temperature is then 250 ° C., the temperature of the mold being 70 ° C.
Après refroidissement, le moule 8 est retiré. De plus, le polymère qui reste présent sur le matériau sacrificiel 74 du fait de la veine d'alimentation 82 est éliminé mécaniquement pour obtenir l'élément illustré à la figure 5d.  After cooling, the mold 8 is removed. In addition, the polymer that remains on the sacrificial material 74 because of the feed vein 82 is removed mechanically to obtain the element shown in Figure 5d.
Le dissipateur de chaleur tel qu'illustré à la figure 1 est alors obtenu après une étape de dissolution du matériau sacrificiel.  The heat sink as illustrated in Figure 1 is then obtained after a step of dissolving the sacrificial material.
Lors de cette étape d'élimination, un capot de protection est appliqué sur le substrat 11 afin de protéger les composants 12. Bien entendu, cette dissolution doit être sélective, c'est-à-dire que le matériau conducteur 13 ne doit pas être éliminé avec le matériau sacrificiel 74. During this elimination step, a protective cover is applied to the substrate 11 in order to protect the components 12. Of course, this dissolution must be selective, that is to say that the conductive material 13 must not be eliminated with the sacrificial material 74.
Cette étape de dissolution peut par exemple être réalisée avec un solvant de type toluène, un polymère conducteur à base de polypropylène n'étant pas dissous dans un tel solvant.  This dissolution step may for example be carried out with a toluene-type solvent, a conductive polymer based on polypropylene not being dissolved in such a solvent.
Ainsi, le procédé selon l'invention met en œuvre une étape d'injection sous pression de polymères.  Thus, the method according to the invention implements a step of injection under pressure of polymers.
Il convient de noter que cette injection peut convenir à différents polymères conducteurs, selon les spécifications de tenue en température mais également de dissipation thermique.  It should be noted that this injection may be suitable for different conductive polymers, according to the specifications of temperature resistance but also of heat dissipation.
Cette injection est réalisée à une température relativement basse, en général inférieure à 200° C ou à 350° C pour des matériaux du type polymère à cristaux liquides. Dans tous les cas, la température est bien inférieure à la température de fusion d'un alliage métallique, laquelle est d'environ 600° C par exemple pour un alliage d'aluminium.  This injection is carried out at a relatively low temperature, generally below 200 ° C or at 350 ° C for liquid crystal polymer materials. In all cases, the temperature is well below the melting temperature of a metal alloy, which is about 600 ° C for example for an aluminum alloy.
Cette étape d'injection provoque donc moins de contraintes thermiques et ce, avec un faible coût de production. En effet, les matériaux décrits précédemment sont d'un coût faible comparés aux matériaux métalliques comme l'aluminium par exemple.  This injection step therefore causes less thermal stress and this, with a low production cost. Indeed, the materials described above are of low cost compared to metallic materials such as aluminum for example.
Par ailleurs, l'utilisation d'un polymère injecté sous pression évite les opérations de gravure qui sont classiquement réalisées pour obtenir des rainures destinées à recevoir les ailettes. De plus, ceci permet d'obtenir des dissipateurs de forme complexe. Ainsi, le procédé selon l'invention permet à la fois de réaliser des ailettes de forme complexe mais également un dissipateur de forme complexe, par un assemblage spécifique de ces ailettes.  Furthermore, the use of a polymer injected under pressure avoids the etching operations that are conventionally performed to obtain grooves for receiving the fins. In addition, this makes it possible to obtain complex dissipators. Thus, the method according to the invention makes it possible both to produce fins of complex shape but also a complex dissipator of shape, by a specific assembly of these fins.
Il convient encore de noter que le temps d'injection est très faible, typiquement de quelques secondes. Ainsi, le procédé selon l'invention permet une productivité élevée.  It should also be noted that the injection time is very low, typically a few seconds. Thus, the method according to the invention allows a high productivity.
L'invention peut notamment être mise en œuvre pour fabriquer un module d'éclairage avec un dissipateur thermique intégré, destiné à être utilisé dans une lampe de remplacement à diode électroluminescente ou encore à la fabrication d'un module de puissance incluant des transistors de puissance avec un dissipateur thermique, destiné à un véhicule électrique. The invention can in particular be implemented to manufacture a lighting module with an integrated heat sink, intended to be used in a diode replacement lamp electroluminescent or the manufacture of a power module including power transistors with a heat sink, for an electric vehicle.
Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques figurant dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et ne sauraient en limiter la portée.  The reference signs inserted after the technical characteristics appearing in the claims are only intended to facilitate understanding of the latter and can not limit its scope.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Dispositif pour la dissipation thermique destiné à au moins un composant électronique (12) comprenant : 1) Device for heat dissipation for at least one electronic component (12) comprising:
- des moyens de dissipation thermique, - heat dissipation means,
un substrat (11) pour ledit au moins un composant électronique (12), recouvrant lesdits moyens de dissipation thermique, et  a substrate (11) for said at least one electronic component (12) covering said heat dissipation means, and
des moyens de couplage thermique entre le substrat et les moyens de dissipation thermique, réalisés en un matériau différent du matériau constitutif des moyens de dissipation thermique,  thermal coupling means between the substrate and the heat dissipation means, made of a material different from the material constituting the heat dissipation means,
dans lequel les moyens de dissipation thermique sont constitués par un ensemble d'ailettes (10, 10') indépendantes et dans lequel les moyens de couplage thermique (13) sont réalisés en un matériau polymère conducteur de la chaleur et assurent également le couplage mécanique entre ledit substrat (11 ) et lesdites ailettes (10). in which the heat dissipation means are constituted by a set of fins (10, 10 ') independent and in which the thermal coupling means (13) are made of a heat conductive polymer material and also provide the mechanical coupling between said substrate (11) and said fins (10).
2) Dispositif selon la revendication 1 comprenant, à l'opposé dudit substrat (11), un autre substrat (11 ') portant au moins un composant électronique (12'), et d'autres moyens de couplage (13'), grâce auxquels ledit autre substrat (11 ') est également couplé thermiquement et mécaniquement auxdites ailettes (10). 2) Device according to claim 1 comprising, opposite said substrate (11), another substrate (11 ') carrying at least one electronic component (12'), and other coupling means (13 '), thanks to to which said other substrate (11 ') is also thermally and mechanically coupled to said fins (10).
3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le matériau constitutif des moyens de couplage thermique est un polymère thermoplastique. 3) Device according to claim 1 or 2, wherein the material constituting the thermal coupling means is a thermoplastic polymer.
4) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le matériau constitutif des moyens de couplage thermique comporte une charge thermiquement conductrice. 5) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens de couplage présentent une conductivité thermique supérieure à 1 W/m.K. 4) Device according to one of claims 1 to 3, wherein the constituent material of the thermal coupling means comprises a thermally conductive filler. 5) Device according to one of claims 1 to 4, wherein the coupling means have a thermal conductivity greater than 1 W / mK
5 6) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens de couplage enrobent au moins une partie des ailettes (10) et sont en contact direct avec le substrat. 6) Device according to one of claims 1 to 5, wherein the coupling means encase at least a portion of the fins (10) and are in direct contact with the substrate.
7) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lû lequel l'épaisseur des ailettes (10, 10') est comprise entre 250 pm et 2,5 mm. 7) Device according to one of claims 1 to 6, wherein the thickness of the fins (10, 10 ') is between 250 pm and 2.5 mm.
8) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les ailettes sont réalisées en un matériau dont la conductivité thermique est supérieure à 20 W/m.K. 8) Device according to one of claims 1 to 7, wherein the fins are made of a material whose thermal conductivity is greater than 20 W / m.K.
15  15
9) Procédé pour l'obtention d'un dispositif pour la dissipation thermique selon l'une des revendications 1 à 8, ce procédé comprenant les étapes suivantes :  9) Process for obtaining a device for heat dissipation according to one of claims 1 to 8, this method comprising the following steps:
(a) obtention d'un ensemble discret d'ailettes (10), (a) obtaining a discrete set of fins (10),
0 (b) positionnement et maintien des ailettes, les ailettes ménageant entre elles un espace « e » déterminé,  0 (b) positioning and holding the fins, the fins leaving between them a space "e" determined,
(c) obtention d'un ensemble formé d'un substrat (11 ) et d'au moins un composant électronique (12),  (c) obtaining an assembly formed of a substrate (11) and at least one electronic component (12),
(d) positionnement dudit ensemble sur les extrémités (100) des ailettes (10), 5 ledit substrat (11 ) étant en contact au moins partiel avec lesdites ailettes, (d) positioning said assembly on the ends (100) of the fins (10), said substrate (11) being in at least partial contact with said fins,
(e) moulage d'un matériau conducteur de la chaleur (13) entre ledit substrat et lesdites ailettes. (e) molding a heat conducting material (13) between said substrate and said fins.
10) Procédé selon la revendication 9, comprenant, entre les 0 étapes (c) et (d), les étapes suivantes : 10) Method according to claim 9, comprising, between 0 steps (c) and (d), the following steps:
(ci) une pièce (71 ) est insérée sur les extrémités libres (100) des ailettes (10), (c2) un matériau sacrificiel (74) est moulé entre ladite pièce (71 ) et ledit support (4), et (C3) ladite pièce (71 ) est ensuite retirée, (ci) a piece (71) is inserted on the free ends (100) of the fins (10), (c 2 ) a sacrificial material (74) is molded between said piece (71) and said support (4), and (C3) said piece (71) is then removed,
procédé dans lequel le matériau sacrificiel (74) est retiré après l'étape (e). wherein the sacrificial material (74) is removed after step (e).
11) Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le support (4) des ailettes (10) est retiré après l'étape (e) ou l'étape (c3). 11) Method according to claim 9 or 10, wherein the support (4) of the fins (10) is removed after step (e) or step (c 3 ).
12) Procédé selon l'une des revendications 9 à 11 , dans lequel sont réalisées, après l'étape (e), les étapes suivantes : 12) Method according to one of claims 9 to 11, wherein are carried out, after step (e), the following steps:
(f) obtention d'un autre ensemble formé d'un substrat (11 ') et d'au moins un composant électronique (12'),  (f) obtaining another assembly formed of a substrate (11 ') and at least one electronic component (12'),
(g) positionnement dudit autre ensemble (11', 12') sur les extrémités libres (101) des ailettes (10), à l'opposé dudit ensemble (11 , 12),  (g) positioning said other assembly (11 ', 12') on the free ends (101) of the fins (10), opposite said assembly (11, 12),
(h) moulage d'un matériau (13') conducteur de la chaleur entre ledit autre substrat (11 ') et lesdites ailettes (10).  (h) molding a heat conducting material (13 ') between said other substrate (11') and said fins (10).
13) Procédé selon l'une des revendications 9 à 12, dans lequel le matériau utilisé lors des étapes (e) et/ou (h) est un matériau polymère injecté à chaud, le procédé comportant alors une étape de refroidissement, après les étapes (e) et/ou (h). 13) Method according to one of claims 9 to 12, wherein the material used in steps (e) and / or (h) is a hot-injected polymer material, the method then comprising a cooling step, after the steps (e) and / or (h).
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