Brevet FR2543397A1 — publié le 19840928

Procédé de fabrication d'un dissipateur thermique et un dissipateur thermique obtenu par ce procédé La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dissipateur thermique et un dissipateur thermique obtenu par ce procédé. Elle s'applique plus particulièrement à la réalisation de dissipa- teurs thermiques en convection naturelle, facilement intégrables sur des platines d'appareils électroniques. Les dissipateurs thermiques connus sont généralement constitues par des radiateurs à ailettes et comprennent un support de base plan ou semelle sur lequel les ailettes sont disposées perpendiculairement à ce support Plusieurs procédés de fabrication sont connus pour réaliser de tels radiateurs Ces procédés font appel aux techniques de moulage, d'extrusion, de fraisage et/ou d'assemblage. Dans la technique du moulage, les alliages à bonne conductibilité thermique présentent généralement une mauvaise coulabilité ce qui conduit à réduire la hauteur des ailettes de refroidissement et leur densité de répartition, limitant de ce fait la surface de contact avec le fluide de refroidissement D'autre part, la nécessité de prévoir le démoulage limite les formes que peut revêtir un radiateur A ces inconvénients s'ajoute le coût élevé d'un moule et les difficultés rencontrées pour obtenir les modifications des caractéristiques du radiateur. Les procédés d'extrusion ne permettent pas d'obtenir des bandes extrudées de grandes largeurs et imposent dans le cas o les puissances à dissiper sont importantes de prévoir l'asssemblage de plusieurs radiateurs, ce qui augmente le prix de revient des réalisations faisant usage de ces dissipateurs. Le fraisage dans la masse introduit une perte importante de matière et demande un temps d'exécution relativement long, incompatible avec les techniques de fabrication en série Les autres techniques d'assemblage, notamment la technique d'assemblage des dissipateurs en alliage d'aluminium soudés au bain de sel sont coûteuses à réaliser, car elles nécessitent un outillage particulier et un investissement important dûs au coût élevé du bain de sel. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un dissipateur thermique formé par une semelle en alliage léger d'aluminium formant support à des ailettes de refroidissement caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser la semelle et les ailettes dans un matériau en alliage léger d'aluminium, à pratiquer des rainures dans la semelle, chaque rainure étant dimensionnée pour permettre l'engagement d'une ailette par un de ses bords, à recouvrir par voie électrolytique la semelle et les ailettes d'une couche superficielle de cuivre, à engager les bords de chaque ailette devant être rendus solidaires de la semelle dans les rainures correspondantes et à souder par fusion d'un apport d'étain les bords des ailettes engagés dans les rainures, pour réaliser l'assemblage permanent des ailettes sur la semelle. L'invention a également pour objet un dissipateur thermique formé par une semelle en alliage léger d'aluminium sur laquelle des ailettes de refroidissement sont fixées par au moins un de leur bord à l'intérieur de rainures, caractérisé en ce que la semelle et les ailettes sont recouvertes d'une couche de cuivre et que les ailettes sont maintenues soudées dans les rainures par une soudure à l'étain. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description faite au regard de la figure unique jointe donnée uniquement à titre d'exemple et qui représente un mode de réalisation du dissipateur thermique obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention. Le procédé consiste dans une première étape à usiner dans une plaque 1 en alliage léger d'aluminium du type AU 4 G formant semelle, des rainures 21 à 2 N ' de profondeur et de largeur suffisantes pour permettre l'engagement et la fixation d'ailettes de refroidissement 31 à 3 n-1 ' Dans une deuxième étape, une couche superficielle de cuivre 4 d'environ 60 microns est déposée sur la superficie de la plaque 1 de façon à la recouvrir entièrement Cette opération est effectuée par exemple, après avoir constitué sur la plaque 1 une couche d'adhérence de zinc par immersion de la plaque 1 dans un bain à 250 C de soude OH Na à 450 gr. par litre, d'oxyde de zinc, Zn O, à 50 gr par litre et de chlorure de fer à 1 gr par litre. Le dépôt du cuivre pourra être obtenu en utilisant un électrolyte composé de cyanure de cuivre CN Cu à 52 gr par litre, de cyanure de zinc S CN Zn à 12 gr par litre, de cyanure de sodium CN Na à 85 gr par litre, de carbonate de sodium Na 2 CO 3 à 30 gr par litre, de chlorure d'ammonia- que NH 4 CI à 28 gr par litre et de cyanure libre à 5 gr par litre. La troisième étape du procédé consiste à fabriquer les ailettes dans des plaques d'alliage léger AU 4 G Un mode de réalisation possible et non obligatoire des ailettes est représenté sur la figure unique o les ailettes 31 à 3 ni 1 sont obtenues par pliage des plaques autour de lignes de pliage numérotées respectivement 51 à 5 n-1 L'étape suivante du procédé consiste à déposer par voie électrolitique une couche de cuivre 4 sur les ailettes à l'aide du procédé précédemment décrit pour le dépôt de la couche de cuivre sur la plaque 1 Lorsque le dépôt de la couche de cuivre est terminé, les bords des ailettes 71 à 7 n-1 et 81 à 8 n-1 I opposés respectivement aux lignes de pliage 51 à 5 n-1 sont engagés dans les rainures correspondantes 21 à 2 N de la plaque 1 L'étape finale du procédé consiste à déposer des baguettes de soudure en étain en regard des rainures 21 à 2 N et à déposer l'ensemble sur une plaque chauffante de façon à faire fondre l'étain qui en remplissant les rainures, rendra, une fois la couche d'étain refroidie, ( 101 10 n) les ailettes solidaires de la plaque 1. Une étape complémentaire consiste à décaper légèrement le dissipateur ainsi obtenu et à procéder à un étamage des surfaces du dissipateur pour parfaire son état de surface. La détermination des caractéristiques dimensionnelles du dissipa- teur ainsi réalisé n'offre pas de difficultés, elle sera obtenue dans tous les cas à partir des caractéristiques de puissance à dissiper P, des écarts de température ÈT souhaités entre la température ambiante et les éléments électroniques placés sur le dissipateur, ainsi que du coefficient de convection hc Lorsque ces trois paramètres sont connus, la surface de dissipation est déterminée par la formule S = P qui donne la hcaoi qui doneu la surface de dissipation nécessaire pour évacuer les calories à l'extérieur du dispositif électronique Cette surface permet de déduire facilement la hauteur qu'il faut donner aux ailettes de refroidissement, compte-tenu du pas optimal séparant chaque ailette pour permettre une convection naturelle. S Bien que le principe de la présente invention ait été décrit ci- dessus en relation avec un seul exemple de réalisation, il faut comprendre que la description n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention D'autres variantes de réalisation sont en effet possibles notamment en modifiant la forme et les moyens d'obtention des ailettes de refroidissement C'est ainsi qu'il sera tout aussi possible, de donner aux ailettes une forme plate rectangulaire, que de fabriquer les ailettes par pliage d'une bande d'alliage léger d'aluminium plusieurs fois sur elles-mêmes et alternativement autour de deux directions de pliage pour former une bande ondulée Ce dernier mode de réalisation offre pour principal avantage de permettre d'obtenir une bande d'ailettes en une seule opération d'usinage, cette opération pouvant être effectuée par simple emboutissage d'une plaque en AU 4 G On comprendra également que l'invention n'est pas limitée à une réalisation plate de la semelle, des formes cylindriques ou autres sont également envisageables - REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un dissipateur thermique formé par une semelle ( 1) en alliage léger d'aluminium formant support à des ailettes de refroidissement ( 31 3 1)' caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser la semelle ( 1) et les ailettes ( 31 3 N 1) dans un matériau en alliage léger d'aluminium, à pratiquer des rainures ( 21 2 n) dans la semelle, chaque rainure étant dimensionnée pour permettre l'engagement d'une ailette ( 31 3 n) par au moins un de ses bords, à recouvrir par voie électrolitique la semelle et les ailettes d'une couche superficielle de cuivre ( 4), à engager les bords ( 71 7 n; 81 8 n) de chaque ailette devant être. rendus solidaires de la semelle ( 1) dans les rainures correspondantes ( 21 à 2 n) et à souder par fusion d'un apport d'étain les bords des ailettes engagés dans les rainures pour réaliser l'assemblage permanent des ailettes ( 31 3 N l) sur la semelle. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes ( 31 3 N) sont obtenues par pliage d'une plaque autour d'une ligne de pliage ( 51 'l 5 n>) formant charnière et en ce que chaque ailette ( 31 3 N) est maintenue à l'intérieur des rainures de la semelle par les bords ( 71 7; 8 8) opposés à l'arête. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes ( 3 l 3 N 1) sont obtenues par pliage d'une bande d'alliage léger d'aluminium plusieurs fois sur elle-même et alternativement autour de deux directions de pliage consécutives pour former une bande ondulée. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bande repliée est maintenue sur la semelle par les lignes de pliage ( 51 5 N d) d'une même direction, engagées à l'intérieur des rainures ( 21 2 n) de la semelle. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le soudage des ailettes ( 31 Il' 3 n 1) sur la semelle est obtenu par dépôt de baguettes de soudure au regard des rainures ( 21 2 n) et par fusion des baguettes de soudure obtenues en plaçant la semelle sur une plaque chauffante. 6 Dissipateur thermique formé par une semelle ( 1) en alliage léger d'aluminium sur laquelle des ailettes ( 31 3 N) de refroidissement également en alliage léger d'aluminium sont fixées par au moins un de leur bord à l'intérieur des rainures ( 21 2 n), caractérisé en ce que la semelle ( 1) et les ailettes ( 31 3 N 1) sont recouvertes d'une couche de cuivre ( 4) et que les ailettes sont maintenues soudées dans les rainures par une soudure à l'étain ( 101 10 n). 7 Dissipateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les ailettes ( 31 à 3 n_) ont une forme plate rectangulaire. 8 Dissipateur selon -la revendication 6, caractérisé en ce que chaque ailette ( 31 à 3 N 1) a la forme d'une plaque repliée autour d'une ligne de pliage ( 51 5 N 1) formant charnière et en ce que chaque ailette ( 31 3 N 1) est maintenue à l'intérieur de rainures ( 21 2 n) dans la semelle ( 1) par les bords opposés à P'arête ( 71 7 N; 81 S i n). 9 Dissipateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les ailettes ( 31 3 N 1) sont obtenues par pliage d'une bande d'aliage léger d'aluminium plusieurs fois sur elle même et alternativement autour de deux directions de pliage ( 51 5 n_ 1) consécutives pour former une bande ondulée. Dissipateur selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la semelle ( 1) a une forme plate.