FR2965699A1 - Dispositif pour la dissipation thermique destine a au moins un composant electronique et procede correspondant - Google Patents

Dispositif pour la dissipation thermique destine a au moins un composant electronique et procede correspondant Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif pour la dissipation thermique destinée à au moins un composant électronique (12) comprenant : - des moyens de dissipation thermique, - un substrat (11) pour ledit au moins un composant électronique (12), recouvrant lesdits moyens de dissipation thermique, et 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, dans lequel les moyens de dissipation thermique sont constitués par un ensemble d'ailettes (10) indépendantes et dans lequel les moyens de couplage thermique (13) sont réalisés en un matériau conducteur de la chaleur et assurent également le couplage mécanique entre ledit substrat (11) et lesdites ailettes (10).

Description

DISPOSITIF POUR LA DISSIPATION THERMIQUE DESTINE A AU MOINS UN COMPOSANT ELECTRONIQUE ET PROCEDE CORRESPONDANT L'invention concerne un dispositif de dissipation de chaleur 5 pour au moins un composant électronique, tel qu'une diode électroluminescente ou LED (Light-Emitting Diode). Elle concerne également un procédé pour l'obtention d'un tel dispositif de dissipation de chaleur. De façon générale, la plupart des composants électroniques 10 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 15 étant donc convertie en chaleur. 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. 20 C'est pourquoi, il est indispensable d'assurer une dissipation appropriée de la chaleur générée par les composants électroniques. 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. 25 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. La dissipation thermique s'effectue par conduction, convection et rayonnement. 30 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. 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). Un dissipateur comprenant des ailettes de refroidissement permet d'augmenter les surfaces d'échange dans un volume donné. 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. 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. Cependant, la conductivité thermique de ces matériaux est 20 généralement médiocre, typiquement inférieure à 1 W/m.K. Par ailleurs, la formation de passages à travers le substrat constitue une opération complémentaire qui est coûteuse à réaliser. On peut également citer le document WO 2009/115512 qui décrit un dissipateur de chaleur pour un composant électronique qui 25 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. La connexion thermique entre les dissipateurs et la carte de circuit imprimée se fait directement ou par l'intermédiaire d'un isolant, par 30 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. 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. Un compromis doit donc être trouvé entre l'épaisseur des ailettes et la conductivité thermique du matériau les constituant. 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. De plus, l'obtention d'ailettes d'épaisseur réduite présentant un faible espacement entre elles nécessite la mise en oeuvre 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. C'est pourquoi pour réaliser des dissipateurs avec des ailettes 20 de formes complexes, il est possible d'utiliser des techniques de fonderie pour les métaux. Cependant, ces techniques ne permettent pas d'obtenir des épaisseurs très faibles, l'épaisseur minimale d'une ailette étant typiquement 2 mm. 25 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. L'invention a donc pour objet de pallier ces inconvénients en proposant un dispositif pour la dissipation thermique et destiné à au moins un 30 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. L'invention concerne donc un tel dispositif comprenant : des moyens de dissipation thermique, un substrat pour ledit au moins un composant électronique, recouvrant lesdits moyens de dissipation thermique, et 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, 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 conducteur de la chaleur et assurent également le couplage mécanique entre ledit substrat et lesdites ailettes.
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.
De façon préférée, les moyens de couplage thermique sont réalisés en un matériau polymère comportant une charge thermiquement conductrice et ils présentent avantageusement une conductivité thermique supérieure à 1 W/m.K. De façon préférée, les moyens de couplage thermique 25 enrobent au moins une partie des ailettes et sont en contact direct avec le substrat. L'épaisseur des ailettes est avantageusement comprise entre 250 dam et 2,5 mm. De façon préférée, les ailettes sont réalisées en un matériau 30 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 : (a) obtention d'un ensemble discret d'ailettes, (b) positionnement et maintien des ailettes, les ailettes ménageant entre elles un espace déterminé, (c) obtention d'un ensemble formé d'un substrat et d'au moins un composant électronique, (d) positionnement dudit ensemble sur les extrémités des ailettes, ledit substrat étant en contact au moins partiel avec lesdites ailettes, (e) moulage d'un matériau conducteur de la chaleur entre ledit substrat et lesdites ailettes. Dans une variante de mise en oeuvre, le procédé comprend, entre les étapes (c) et (d), les étapes suivantes : (c,) une pièce est insérée sur les extrémités libres des ailettes, (c2) un matériau sacrificiel est moulé entre ladite pièce et ledit support, et (c3) ladite pièce est ensuite retirée, et dans lequel le matériau sacrificiel est retiré après l'étape (e). De façon préférée, le support des ailettes est retiré après l'étape (e) ou l'étape (c3). Dans une autre variante de mise en ceuvre du procédé, sont réalisées, après l'étape (e), les étapes suivantes : (f) obtention d'un autre ensemble formé d'un autre substrat et d'au moins un composant électronique, (g) positionnement dudit autre ensemble sur les extrémités libres des ailettes, à l'opposé dudit ensemble, (h) moulage d'un matériau conducteur de la chaleur entre ledit autre substrat et les ailettes. De façon préférée, le matériau utilisé lors des étapes (e) et/ou 30 (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 : - la figure 1 est une vue en coupe d'un premier exemple d'un dissipateur de chaleur selon l'invention, - la figure 2 représente un deuxième exemple d'un dissipateur de chaleur selon l'invention, - la figure 3 illustre un troisième exemple d'un dissipateur de chaleur selon l'invention, - les figures 4a à 4c illustrent des étapes d'un procédé pour l'obtention d'un dissipateur de chaleur selon l'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 - 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. Les éléments communs aux différentes figures seront désignés par les mêmes références.
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. 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. 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. Ces matériaux peuvent être notamment choisis parmi un alliage à base d'aluminium ou de cuivre ou l'acier. 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 AI/SiC, C/C ou W/Cu. Le dispositif 1 comporte également un substrat 11 sur lequel sont placés des composants électroniques 12.
Le substrat 11 peut être mono ou multi-couche. 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. Le substrat peut également être du type MCPCB (Meta) 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. Le substrat peut également être du type IMS (Insulated Metal Substrate). Ce substrat présente une configuration voisine de celle des MCPCB. Cependant, le matériau isolant enrobant le cceur 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.
Le substrat peut également être réalisé à base d'un matériau céramique, notamment l'alumine et le nitrure d'aluminium. Le substrat peut encore être réalisé en un matériau souple, typiquement en un polymère de type polyimide. 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. L'épaisseur de la couche de cuivre est typiquement de 35 dam.
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. 2965699 s
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 dam. L'étalement de la chaleur est obtenu essentiellement grâce à la couche d'interconnexion métallique. 5 De façon générale, l'étalement de la chaleur augmente avec l'épaisseur de la couche métallique. 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. 10 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. Les composants électroniques 12 considérés sont des composants électroniques qui produisent de la chaleur. Ce sont typiquement 15 des composants de type LED ou encore des circuits intégrés de puissance comme des microprocesseurs, des transistors bipolaires à grille isolée (ou IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor) ou encore des transistors à haute mobilité d'électrons (HEMT : High Electron Mobility Transistor). De façon classique, les composants électroniques 12 sont 20 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. D'autres techniques à base de graisse thermique peuvent également être utilisées. Cependant, elles conduisent à un transfert de 25 chaleur entre les composants électroniques et le substrat qui est de niveau inférieur. 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 30 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.
Les moyens de couplage 13 sont réalisés en un matériau polymère, de préférence pouvant être injecté sous pression. II 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. On peut également retenir des matériaux polymères thermodurcissables, notamment à base d'époxy ou de silicone. so 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. La conductivité thermique obtenue est typiquement comprise 15 entre 1 et 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'. 20 Des moyens 13', similaires aux moyens 13, assurent le couplage thermique et mécanique entre les ailettes 10 et le substrat 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. 25 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. Les exemples de dissipateur de chaleur qui viennent d'être 30 décrits montrent que l'invention permet de réaliser des dissipateurs présentant des ailettes de forme quelconque.
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. Ces techniques permettent de réaliser un grand nombre 5 d'ailettes dans une seule tôle de grande dimension. 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. Dans tous les cas, les techniques de mise en oeuvre sont des io techniques à faible coût de production. 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 oeuvre de techniques 15 d'usinage de précision. 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 20 particulièrement adapté à la réalisation d'ailettes en un matériau présentant une forte conductivité thermique, comme l'aluminium. 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. 25 Ce procédé consiste tout d'abord à réaliser un ensemble d'ailettes par une des techniques qui viennent d'être décrites. A titre d'exemple, ces ailettes sont de forme rectangulaire, avec une largeur de 30 mm et une hauteur de 20 mm. Elles ont été obtenues par un usinage laser ou de type 30 électro-érosion, à partir d'une tôle d'aluminium de grade 1050 et d'épaisseur de 1 mm.
Il
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. 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. Le procédé consiste également à obtenir un ensemble formé d'un substrat 11 et d'au moins un composant électronique 12. Ces composants électroniques sont par exemple des diodes 10 électroluminescentes qui sont reportées par brasage sur la face 110 d'un substrat du type PCB standard. 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 pm 15 d'épaisseur. La figure 4b illustre l'ensemble ainsi formé, après son positionnement sur les ailettes 10. Un substrat présentant une longueur de 31 mm et une largeur de 30 mm, peut ainsi recouvrir les seize ailettes 10 précédemment décrites. 20 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. 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 25 des raisons de tolérance de découpe, les ailettes 10 n'ont pas nécessairement strictement la même hauteur. Ceci ne constitue un inconvénient ni pour la mise en oeuvre du procédé, ni pour le dispositif qui sera obtenu. La figure 4c illustre un moule d'injection 5. II peut être réalisé 30 d'une pièce mais il est cependant généralement constitué de plusieurs pièces. 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. 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 5 des extrémités 100. De façon générale, la cavité 51 sera suffisamment importante pour accueillir environ 10% de la hauteur de l'ailette. Le moule 5 peut notamment être réalisé en acier. Il peut comporter des inserts amovibles, par exemple disposés entre les ailettes et so contenu dans une coque extérieure. 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. La cavité 51 comporte une veine d'alimentation 52 par 15 laquelle le matériau va être introduit dans le moule. Le matériau conducteur thermique est injecté sous pression dans le moule 5. Il convient de noter que l'injection de polymère conducteur au contact direct des ailettes et du substrat permet de réduire la résistance 20 thermique interne du système. 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. 25 Ce matériau est de préférence un matériau thermoplastique qui est injecté à chaud. II 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 30 température du moule est maintenue à 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. 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. Une variante de mise en oeuvre du procédé selon l'invention va maintenant être décrite en référence aux figures 5a à 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. 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. Ces ailettes sont alors disposées de façon radiale sur un support central. 20 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 25 illustrée à la figure 6. Les techniques et les matériaux décrits précédemment peuvent être utilisés. Les ailettes 10 sont tout d'abord placées dans un outil de positionnement 4, par exemple réalisé en acier. 30 Dans l'exemple illustré à la figure 5a, le positionnement des ailettes est réalisé par l'intermédiaire de leur extrémité 101. Pour des 15
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. 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.
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. 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. 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.
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. La figure 513 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. 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 25 substrat présente la forme d'un anneau. 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, 30 typiquement d'une épaisseur de 35 pm. Le substrat ainsi obtenu est positionné sur les extrémités 100 des ailettes.
Un autre moule 8 est alors positionné sur le substrat et le matériau sacrificiel 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. 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. 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. 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. Le dissipateur de chaleur tel qu'illustré à la figure 1 est alors obtenu après une étape de dissolution du matériau sacrificiel. 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. 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. Ainsi, le procédé selon l'invention met en oeuvre une étape d'injection sous pression de polymères. 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. 25 30
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. 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.
Par ailleurs, l'injection sous pression 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. 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. L'invention peut notamment être mise en oeuvre 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. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques figurant dans les revendications ont pour seul but de faciliter la 25 compréhension de ces dernières et ne sauraient en limiter la portée.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1) Dispositif pour la dissipation thermique destinée à au moins un composant électronique (12) comprenant : s des moyens de dissipation thermique, - un substrat (11) pour ledit au moins un composant électronique (12), recouvrant lesdits moyens de dissipation thermique, et - des moyens de couplage thermique entre le substrat et les moyens de dissipation thermique, réalisés en un matériau différent du matériau 10 constitutif des moyens de dissipation thermique, 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 conducteur de la chaleur et assurent également le couplage mécanique entre ledit substrat (11) 15 et lesdites ailettes (10).
  2. 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 20 autre substrat (11') est également couplé thermiquement et mécaniquement auxdites ailettes (10).
  3. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens de couplage thermique sont réalisés en un matériau polymère 25 comportant une charge thermiquement conductrice.
  4. 4) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de couplage présentent une conductivité thermique supérieure à 1 W/m.K. 30
  5. 5) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens de couplage enrobent au moins une partie des ailettes (10) et sont en contact direct avec le substrat.
  6. 6) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'épaisseur des ailettes (10, 10') est comprise entre 250 pm et 2,5 mm.
  7. 7) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les ailettes sont réalisées en un matériau dont la conductivité thermique 10 est supérieure à 20 W/m.K.
  8. 8) Procédé pour l'obtention d'un dispositif pour la dissipation thermique selon l'une des revendications 1 à 7, ce procédé comprenant les étapes suivantes : 15 (a) obtention d'un ensemble discret d'ailettes (10), (b) positionnement et maintien des ailettes, les ailettes ménageant entre elles un espace « e » déterminé, (c) obtention d'un ensemble formé d'un substrat (11) et d'au moins un composant électronique (12), 20 (d) positionnement dudit ensemble sur les extrémités (100) des ailettes (10), ledit substrat (11) étant en contact au moins partiel avec lesdites ailettes, (e) moulage d'un matériau conducteur de la chaleur (13) entre ledit substrat et lesdites ailettes. 25
  9. 9) Procédé selon la revendication 8 comprenant, entre les étapes (c) et (d), les étapes suivantes : (c,) 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 30 (c3) ladite pièce (71) est ensuite retirée, procédé dans lequel le matériau sacrificiel (74) est retiré après l'étape (e).
  10. 10) Procédé selon la revendication 9, dans lequel le support (4) des ailettes (10) est retiré après l'étape (e) ou l'étape (c3).
  11. 11) Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel sont réalisées, après l'étape (e), les étapes suivantes : (f) obtention d'un autre ensemble formé d'un substrat (11') et d'au moins un composant électronique (121 (g) positionnement dudit autre ensemble (11', 12') sur les extrémités libres (101) des ailettes (10), à l'opposé dudit ensemble (11,
  12. 12), (h) moulage d'un matériau (13') conducteur de la chaleur entre ledit autre substrat (11') et lesdites ailettes (10). 12) Procédé selon la revendication 11, 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).20
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