Brevet FR2150634A1 — publié le 19730413

La présente invention concerne un boiter dissipateur destiné à contenir des circuits électroniques comportant des dispositifs semiconducteurs et à faciliter l'évacuation de la chaleur résultant de la puissance dissipée dans lesdits circuits. On irait qutil est particulièrement nécessaire d'assurer une évacuation facile de la c#haleur résultant de la puissance électri que. disoipée dans les dispositifs semiconducteurs dits "de puissan ce au fait de la "sensibilité" de ces dispositifs vis-à-vis d'une élévation excessive de la température de la/ou des jonctions qu'ils comportement, sensibilité beaucoup plus grande que celle des tubes électroniques, par exemple. On saint, par ailleurs, que les modes de transmission privilégiés de la chaleur d'un dispositif donné à son environnement ne sont pas les mêmes pour un tube électronique et pour un dispositif aemiconducteur :: l'ampoule d'un tube électronique, tolérant facilement une température de 2000C à 250 C, rayonne presque aussi bien qu'un "corps noir # aussi bizarre que cela puisse paraitre, tandis que le boîtier d'un transistor, pour lequel une température de 850c à 90 C est couramment un maximum à ne pas dépasser si l'on ne veut pas que la puissance dissipée admissible au niveau de la jonction collecteur soit trop diminuée, doit céder, par conduction, la cha leur à évacuer à un radiateur capable de la dissiper sans que sa propre température s'élève de façon excessive. Dans certaines réalisations connues le châssis métallique supportant l'ensemble des circuits électroniques et des composants eonstitue le radiateur précité, mais le boîtier ou coffret conte nagt l'appareillage considéré est en lui-meme > dans une certaine mesure, un obstacle à la bonne efficacité du radiateur que constitue le châssis. Une disposition différente est décrite dans le brevet français 1.510.044, disposition selon laquelle une paroi même de l'enceinte contenant l'ensemble électronique et comportant des décrochements laissant des parties en retrait, sert de support et radiateur aux dispositifs semiconducteurs qui sont fixés sur l'une des faces de la paroi, aux emplacements en retrait. Du fait que les boîtiers métalliques des diodes ou des transistors de puissance, d'une part, leurs éléments de connexion, d'autre part, sont très généralement portés à une certaine tension électrique par. rapport à la masse du montage, un capot auxiliaire, nuisible au refroidissemertde l'ensemble même s'il est muni d'ouvertures de ventilation, doit être ajouté, au moins localement, à l'enceinte contenant l'ensemble électronique : une complication plus grande, un refroidissement moins efficace et un prix de revient plus élevé résultent de cette serviture apparaissant dans les dispositions mises en oeuvre. Par ailleurs, dans un encombrement donné, les moyens prévus se prêtent mal à une augmentation notable de la surface externe de refroidissement de l'enceinte. et à une amélioration importante de la conductibilité de la paroi supportant les dispositifs semiconducteurs en direction des points de fixation éventuels de l'ensemble sur une masse métallique susceptible d'absorber et d'écouler une fraction importante de la chaleur dégagée dans les circuits électroniques contenus dans l'enceinte. Un des buts de-l'invention-- est depermettre la réalisation de boîtiers compacts, de dimensions relativement réduites, d'une surface extérieure grande eu égard à leurs dimensions et transmettant bien la chaleur vers leurs surfaces de fixation et d'appui. Un autre but de l'invention est de permettre la réalisation simple de boliers protégeant integralement les circuits et les composants contenus tout en ménageant les facilités de raecordement utiles. Un autre but de l'invention est de permettre une réalisation économique de boîtiers d'une grande robustesse destinés à l'utilisation de dispositifs électroniques à bord de véhicules pos séant une installation électrique. Selon.l'invention, un boîtier dissipateur destiné S contenir des circuits électroniques comportant des dispositifs semiconducteurs et à faciliter l'évacuation de la chaleur résultant de la puissance dissipée dans lesdits circuits, est notamment remarquable en ce que le corps du boîtier est constitué par une pièce moulée faite en un alliage bon conducteur de la chaleur, comportant des surépaisseurs importantes aux emplacements de fixation des dispositifs semiconducteurs de puissance et dont la surface externe est constituée, au moins partiellement, par des nervures. Si l'on assimile, en première approximation, un boîtier selon l'invention à un parallélépipède rectangle, le corps du boîtier selon l'invention représente avantageusement cinq des six faces du parallélépipède et il suffit d'une pièce auxiliaire pour constituer et clore la sixième face, ce qui assure une très grande simplicité de réalisation et permet d'allier l'économie à la qualité technique. Par l'utilisation d'un alliage à base d'aluminium présentant des bonnes facilités de moulage et une bonne conductibilité ther moque, on obtient facilement une pièce dont les sections d'écoule ment de la chaleur sont d'une grandeur convenable par un choix approprié des épaisseurs, ce qui assure une bonne transmission de la chaleur'vers les surfaces de fixation et d'appui, tandis que la surface développée des nervures externes facilite-les échanges thermiques avec l'atmosphère ambiante. En constituant le corps du boitier-par une pièce moulée, par exemple en alliage léger; pourvue de bonnes sections d'écoulement du flux calorifique, on obtint en même temps une pièce d'une grande solidité mécanique et d'une grande robustesse. .L'utilisation d'épaisseurs de métal importantes aux emplace ments,de fixation des dispositifs semiconducteurs de puissance améliore les conditions de transmission de la chaleur dissipée dans ces diapositifs semiconducteurs vers le reste du corps du bottier, agissant en tant que radiateur dissipateur. Par ailleurs, les caractéristiques d'échange de chaleur des surfaces interne et externe du corps de boîtier selon 1'invention avec leurs ambiances respectives peuvent bien entendu etre rendues optimales par sablage et oxydation ou application d'une peinture sombre et mate. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné 8~titre titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre ce ;qu'est l'invention et comment elle peut etre réalisée. Sur la figure unique jointe, on a représenté, en vue selon une perspective cavalière, un exemple de forme de réalisation d'un bo;- tier selon l'invention. Le corps du boîtier représenté sur la figure jointe est constitué par une pièce moulée 1 dont la forme générale est celle d'un parallélépipède rectangle allongé comportant à deux de ses extrémités des pattes de fixation 2 et 3 munies d'encoches 4 destinées au passage de moyens de fixation non représentés. Le corps de boîtier 1 est terminé par une face supérieure plane 5 constituée par les bords des parois verticales et, à sa partie inférieure, par une face inférieure plane 6 qui n'est pas directement visible. Le corps de boîtier 1 est muni, sur ses deux faces latérales allongées, d'un.grand nombre de nervures verticales 8 de faible profondeur et, à l'une de ses extrémités, de quelques nervures verticales 9, plus profondes et de hauteur limitée, disposées entre la patte de fixation 2 et une face d'extrémité gauche 10. Dans l'exemple représenté, une ouverture rectangulaire 11 est aménagée dans la face 10, ouverture complétée par deux rainures de guidage 12 et 13 destinées à maintenir, par exemple, une plaquette. isolante porteuse de moyens de connexion. Une ouverture 14 est aménagée à la partie inférieure de la--région médiane visible d'une des faces latérales allongées et co#nstitue-un moyen d'accès-aux circuits disposés dans le boîtier. ou un passage éventuel de conne .xions. Le fond 15 du corps de boîtier; 1et la face supérieure 16 du fond 15 sont visibles à travers-l'-ouverture 14. Une surface de fixation-17, destinée à recevóir des dispositifs semiconducteurs de puissance- etss de ce fait, nettement surélevée par rapport -au plan de la face 16 du fond 15, est visible à travers l'ouverture 11.La surélévation de la surface 17--par-rapport à la face 16 correspond, selon I'invéntion, aux surépaisseurs ;#mportantes# ménagées aux emplacements de fixation des semiconducteurs de puissance. Un tracé 18, exécuté en tirets discontinus, a été utilisé sur la figure pour matérialiser le prof-il,qui n'est directement visible, de la#surépaisseur délimitée par la face supérieure 17 Un des trous de fixation taraudés aménagés dans,'la surépaisseur surmontée par la face 17, correspondant à la référence lg, est visible à travers ltouverture 11 et ladite surépaisseur comporte,#par ailleurs,- les dégagements géométriques nécessaires au -logement~ des broches des semiconducteurs fixés à cet endroit ainsi qu'aux fils de connexion qui y aboutissent. Les côtés longitudinaux du bloc 1 comportent des surépaisseurs à proximité des angles qutils~forment avec les pa-rois des faces terminales; dans ces surépaisseurs sont aménagés des trous taraudés 20 débouchant sur la face supérieure 5 et p-ermettant-ainsi la fixation d'une pièce supérieure de fermeture non représentée. La pièce de fermeture peut être avantageusement constituée par une simple plaque en tôle d'aluminium d'une épaisseur et d'une rigidité convenables, eu égard aux dimensions du corps de boîtier. Des ouvertures~ pour le passage de connexions ou 'e maintien d'un ou de plusieurs passe-fils peuvent bien entendu être aménagées en d'autres points du corps de boîtier 1, et notamment dans la paroi 21 de la face d'extrémité droite. En fonction des conditions d'utilisation du boîtier objet de l'invention, la face inférieure 6 peut être plane en vue d'améliorer la transmission de la chaleur par contact direct avec une surface métallique d'appui pouvant jouer un rôle auxiliaire de refroidisseur, ou bien pourvue~de.nervures destinées à augmenter la surface de refroidissement par rayonnement et convection. Dans~ le cas de l'exemple représenté, la face inférieure 6 est, dans son ensemble, plane, à l'exception de. deux rainures transversales 22 et 23 aménagées dans la surépaisseur disposée sous la surface de fixation 17. A titre purement indicatif et non limitatif, il est possible de préciser que des corps de boîtiers selon l'invention, moulés en un alliage léger contenant principalement environ 86 % d'aluminium, 10 % de zinc et 4 % de cuivre -(alliage- désigné par l'appellation AZ 10 U4 selon le code des normes françaises) ont donné toute satisfaction à la Demanderesse. - REVENDICATIONS 1.- Boîtier dissipateur destiné à contenir des circuits électroniques comportant des dispositifs semiconducteurs et à faciliter l'évacuation de la chaleur resuI.tant de la puissance dissipée dans lesdits circuits, caractérisé en ce que le corps du boîtier est constitué par une pièce moulée faite. en un alliage bon conducteur de la chaleur, comportant des surépaisseurs importantes aux emplacements de fixation des dispositifs-semiconducteurs de puissance et dont la surface externe est constituée, au moins partiellement, par des nervures. 2.- Boîtier dissipateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage utilisé est un alliage- AZ 10- U4 contenant principalement environ-#86 % d'aluminium, 10 % de zinc et 4 % de cuivre.