FR2746251A1 - Element de refroidissement, notamment pour composants electroniques de puissance - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un élément de refroidissement dans lequel sont formées au moins des nervures de refroidissement (4) avec des profilés sensiblement plats et plans (1, 2) fixés les uns aux autres. Pour réaliser une solution avantageuse sur le plan thermique, une partie au moins d'un fond massif (3) de l'élément de refroidissement est formée par des profilés de cuivre allongés (5), avec des surfaces en coin (6, 7) formées au niveau de leurs bordures longitudinales, et qui forment une pièce d'assemblage mâle et une pièce d'assemblage femelle adaptées l'une à l'autre avec un profil adjacent, et au moyen desquelles les profilés (5) adhèrent l'un à l'autre. Les profilés plans (1, 2) sont pourvus de surfaces en coin (8, 9, 10) qui correspondent aux surfaces en coin (6, 7) des profilés de cuivre (5) afin de fixer les profilés (1, 2) sur les profilés de cuivre (5).
Description
L'invention concerne un élément de refroidissement, en particulier pour
refroidir des composants et/ou des combinaisons de composants électroniques de puissance, dans lequel sont formées au moins des nervures de refroidissement à profil sensiblement plat et plan, qui sont
fixées les unes sur les autres.
De tels éléments de refroidissement sont actuellement très connus, en particulier dans des appareils électroniques de puissance. Dans le domaine de l'électronique, les exigences en matière de refroidissement se sont accrues, et c'est pourquoi il est nécessaire de prévoir des éléments de refroidissement très puissants et efficaces pour différentes applications, et qui peuvent être disposés dans un espace plus réduit qu'autrefois. Pour assurer un refroidissement efficace, on utilise des éléments de refroidissement dotés de nervures très rapprochées, et à
l'aide de ces éléments on évacue la chaleur produite par les semi-
conducteurs d'une manière aussi efficace que possible avec un courant
d'air de refroidissement intense produit par des ventilateurs. Les élé-
ments de refroidissement sont le plus souvent fabriqués en aluminium.
Cependant, c'est un processus passablement complexe de former un élément de refroidissement doté de nervures très rapprochées. Un exemple pour des solutions connues est représenté par une solution dans laquelle on forme un élément de refroidissement par empilement 2 5 d'éléments de tôle de deux tailles différentes qui sont placés en alternance les uns sur les autres, et en supportant la construction à
l'aide de tenons de support et de soudures, pour former un tout unitaire.
Les inconvénients de la solution connue ci-dessus résident dans le grand nombre de pièces différentes et dans les difficultés de
l'assemblage, ce qui augmente les coûts de fabrication.
Outre les inconvénients ci-dessus, on a remarqué que la puissance des éléments de refroidissement ne sera pas toujours suffisante malgré le fait que les nervures sont agencées très proches les unes des autres et malgré la ventilation forcée. Cette situation est accentuée par le fait que l'on exigera dans le futur vraisemblablement des puissances toujours croissantes, et souvent que les appareils électroniques de puissance ont des tailles de plus en plus petites, ce qui accentuera plus
que par le passé les problèmes du refroidissement.
L'objectif sous-jacent à l'invention est de réaliser un élément de refroidissement au moyen duquel on peut éliminer les inconvénients de l'état de la technique connue. Avec un élément de refroidissement conforme à l'invention, cet objectif est atteint par le fait qu'une partie au moins d'une partie de fond massive de l'élément de refroidissement est formée par des profilés de cuivre allongés avec des surfaces en coin formées sur les bordures longitudinales desdits profilés, lesdites surfaces en coin formant une partie d'assemblage mâle et une partie d'assemblage femelle dotées de profils contigus et adaptés l'un à l'autre, et grâce auxquels les profilés adhèrent l'un à l'autre, et en ce que les profilés plans sont dotés de surfaces en coin qui correspondent aux surfaces en coin des profilés de cuivre, afin de fixer les profilés
plans sur les profilés de cuivre.
L'avantage de l'invention c'est surtout sa simplicité, puisque des profilés de cuivre peuvent être réalisés à partir de profilé légers à fabriquer, en forme de plaques et de dimensions exactes, et les coûts de fabrication de l'élément de refroidissement peuvent être réduits à un niveau avantageux. Les coûts peuvent être aussi réduits grâce à la possibilité d'utiliser le cuivre, qui est plus coûteux que l'aluminium,
uniquement là o le besoin est le plus élevé.
Dans ce qui suit, on va expliquer l'invention plus en détail en se rapportant à un mode de réalisation préféré et en se référant aux dessins ci-joints, dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective de principe d'un élément de refroidissement selon l'invention, et la figure 2 est une vue de principe d'un détail du mode de réalisation de
la figure 1 à échelle agrandie.
La figure 1 montre un élément de refroidissement selon l'invention.
Les chiffres de référence 1 et 2 désignent des profilés plats et plans qui sont agencés de façon à réaliser des nervures de refroidissement pour l'élément de refroidissement. Les profilés 1 et 2 sont réalisés en aluminium. Pour fabriquer un profilé d'aluminium, on utilise une technique totalement traditionnelle pour les hommes de métier, qui ne
sera pour cette raison pas décrite ici de façon plus précise.
L'élément de refroidissement selon l'invention est principalement formé par empilage des profilés ci-dessus les uns sur les autres, et l'on réalise ainsi une construction selon la figure 2, dont la partie de fond massive 3 peut être agencée sur un composant qui produit de la chaleur, et la chaleur est transmise à l'air environnant au moyen de
nervures 4.
Selon l'idée essentielle de l'invention, une partie au moins du fond massif 3 de l'élément de refroidissement est formée par des profilés de cuivre allongés 5. Au niveau des bordures longitudinales de chaque profilé de cuivre 5 sont formées des surfaces en coin 6 et 7, qui forment avec un profil adjacent une pièce d'assemblage mâle et une pièce d'assemblage femelle adaptées l'une à l'autre, et au moyen desquelles les profilés adhèrent l'un à l'autre. Les profilés d'aluminium plans 1 et 2 sont pourvus de surfaces en coin 8, 9 et 10 qui correspondent aux surfaces en coin 6 et 7 des profilés en cuivre 5, afin
de fixer les profilés plans 1 et 2 sur les profilés de cuivre 5.
Comme ceci a été expliqué ci-dessus, on réalise conformément à l'invention un élément de refroidissement dont la partie de fond massive 3 est au moins partiellement constituée de cuivre bon conducteur de la chaleur, et dont les nervures de refroidissement 4, à l'aide desquels la chaleur est transmise à l'air, sont réalisées à partir d'un profilé d'aluminium. Avec cette technique, on peut réaliser des éléments de refroidissement qui présentent des nervures très rapprochées les unes des autres et qui sont nécessaires en particulier pour le refroidissement de semi-conducteurs dans le domaine électronique. La partie de cuivre du fond massif 3 est réalisée par empilage de petits profilés de cuivre 5, et dans des intervalles entre les bordures des profilés de cuivre on agence les nervures profilées en aluminium. Les profilés de cuivre 5 sont des profilés faciles à fabriquer en forme de plaques. Sur chaque profilé 5 en forme de plaque on a formé des surfaces en coin appropriées 6 et 7, au moyen desquelles les profilés adhèrent les uns aux autres. Des surfaces d'adhérence au niveau des deux côtés plats de chaque profil sont formées de telle manière que les surfaces d'adhérence en coin 6 et 7 forment simultanément aussi bien la partie femelle que la partie mâle d'un élément d'adhésion. Il est avantageux pour le profilé de cuivre que les surfaces d'adhérence des
deux côtés soient disposées en vis-à-vis avec décalage de phase.
L'utilisation de surfaces en coin pour l'assemblage appartient à une technique connue par elle-même, et c'est pourquoi on ne décrit pas de façon plus détaillée dans ce contexte la théorie de ce procédé d'assemblage. On se référera aux documents DE 23 44 703, DE 23 44 638 et DE 23 31 155 comme présentant des exemples de celui-ci. 2-5 Les profilés d'aluminium 1 et 2 présentent des surfaces en coin correspondantes 8, 9 et 10, afin de pouvoir les fixer sur les profilés en cuivre 5. Les profilés d'aluminium peuvent également avoir une forme telle qu'ils peuvent servir de profilés qui complètent la construction, et les profilés de cuivre coûteux 5 ne sont utilisés qu'aux emplacements les plus chauds, lorsqu'il doit être possible de répartir de façon efficace
la chaleur sur la totalité de l'élément de refroidissement.
Pour ce qui concerne la transmission calorifique, il serait avantageux d'utiliser du cuivre pour fabriquer les éléments de refroidissement, puisque la conductivité thermique des meilleures qualités de cuivre est de 390 W/mK, tandis que la conductivité de la qualité de profilés d'aluminium utilisés en général pour fabriquer des profilés de refroidissement est de 210 W/mK. Cependant, en raison de son prix élevé, il n'est pas rentable en pratique d'utiliser du cuivre ailleurs qu'aux emplacements les plus chauds. Une difficulté supplémentaire avec l'utilisation de cuivre, c'est qu'il est malaisé à former sous forme de profilés tels qu'on les utilise dans l'industrie électronique. Avec du cuivre, on ne peut fabriquer que des profilés avec des formes particulièrement simples, et l'on peut également utiliser comme procédé de fabrication également des techniques d'étirage. Lorsqu'on l'étire, on peut conférer au cuivre des dimensions très exactes, grâce à quoi l'on améliore les facultés d'assemblage de profilés fabriqués par injection, parce que la paire constituée par les profilés d'aluminium 1 et 2 est adaptée au profilé de cuivre 5 de dimensions exactes. A l'aide de techniques d'injection on peut réaliser les profilés d'aluminium 1 et 2 avec des formes compliquées pratiquement quelconques, et l'aluminium est également très bon marché. Grâce à l'utilisation de deux techniques de fabrication et de deux métaux différents, il est possible de loger dans un petit espace un élément de refroidissement
avantageux et efficace pour des systèmes électroniques.
Le mode de réalisation ci-dessus n'est pas destiné à limiter l'invention d'une manière quelconque, mais celle-ci peut être modifiée de façon totalement libre dans le cadre de l'invention. Il est ainsi clair que
l'élément de refroidissement selon l'invention, ou les détails de celui-
ci, ne doivent pas obligatoirement être tels qu'ils sont montrés dans les figures, mais qu'il est également possible de parvenir à des solutions différentes. L'invention n'est par exemple limitée en aucune façon à l'application dans laquelle l'une des bordures des nervures de
refroidissement est libre, comme dans l'exemple des figures.
L'invention peut être appliquée également à des solutions dans lesquelles les nervures de refroidissement s'appuient les unes contre les autres également aux extrémités des nervures qui sont éloignées de la partie de fond. Le supportage des nervures les unes contre les autres
peut aussi être réalisé par exemple à l'aide de surfaces en coin.
Claims (3)
1. Élément de refroidissement, en particulier pour le refroidissement de composants et/ou de combinaisons de composants électroniques de puissance, dans lequel sont formées au moins des nervures de refroidissement (4) avec des profilés sensiblement plats et plans (1, 2) qui sont fixés les uns aux autres, caractérisé en ce qu'une partie au moins d'une partie de fond massive (3) de l'élément de refroidissement est formée par des profilés de cuivre allongés (5), avec des surfaces en coin (6, 7) formées sur les bords longitudinaux desdits profilés, lesquels forment une pièce d'assemblage mâle et une pièce d'assemblage femelle adaptées l'une à l'autre avec un profil adjacent, et au moyen desquelles les profilés (5) adhèrent l'un à l'autre, et en ce que les profilés plans (1, 2) sont pourvus de surfaces en coin (8, 9, 10) qui correspondent aux surfaces en coin (6, 7) des profilés de cuivre (5) afin
de fixer les profilés plans (1, 2) sur les profilés de cuivre (5).
2. Elément de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les profilés de cuivre (5) sont agencés uniquement au niveau des emplacements de la partie de fond massive (3) qui deviennent les
plus chauds.
3. Élément de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les profilés de cuivre (5) sont agencés de manière à former la totalité de la partie de fond massive (3) de l'élément de refroidissement.
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