Brevet FR2647624A1 — publié le 19901130

" Attache dissipatrice de chaleur d'un élément élec- tronique ou équivalent" L'invention concerne une attache dissipatri- ce de chaleur d'au moins un élément de construction électronique ou semblable, en particulier d'un montage hybride ou semblable avec un support pour recevoir l'élément de construction électronique. Des éléments électroniques, par exemple des semi-conducteurs de puissance ou de circuit de commu- tation intégrés dégagent souvent en marche une chaleur relativement importante, qui doit être évacuée pour éviter une surchauffe conduisant à la destruction. Il est connu de monter des éléments de puissance sur des plaques métalliques ou des tôles de refroidissement profilées. Pour des raisons électriques, il est en ou- tre souvent nécessaire de prévoir des matériaux iso- lants, en particulier des feuilles de mica, entre l'é- lément de puissance et la plaque métallique ou la tôle de refroidissement. Une réalisation semblable est re- lativement coûteuse et chère. En outre il est connu de placer un profil métallique de dissipation de la chaleur, en forme de cuve, qui reçoit un élément électronique, par exemple un semi-conducteur de puissance avec utilisation d'une pâte conductrice de la chaleur. Le profil métallique est engagé, pour sa fixation, dans un évidement d'un boîtier en matière synthétique. La construction de cette réalisation est également relativement compli- quée et chère. L'attache dissipatrice de chaleur selon l'invention est caractérisée en ce que le support est réalisé en matériau synthétique. Elle a d'autre part l'avantage que l'évacuation de chaleur se fait direc- tement par le support constitué de matière synthéti- que, de sorte qu'on peut éviter en particulier les plaques de base en métal d'usage courant jusqu'à main- tenant. Ces plaques de base en métal ont dans les dis- positifs connus le plus souvent la grandeur de la pro- jection horizontale d'un boîtier, qui sert à recevoir un montage électronique auquel appartient l'élément électronique à refroidir. L'invention projette l'uti- lisation d'un support en matière synthétique, de sorte que en outre des éléments à monter peuvent disparaître - comme la plaque de base en métal nommée. De préfé- rence on utilise une matière synthétique ayant avant tout une conductibilité thermique élevée. Selon un développement de l'invention il est prévu, que le support forme une plaque de base d'un montage électronique, en particulier d'un montage hy- bride. Avec cela le support remplit une double fonc- tion, en servant d'une part à l'évacuation de chaleur et d'autre part comme substrat pour le montage élec- tronique. De préférence le montage électronique est réalisé en technique de couche épaisse installée sur la plaque de base. Selon un exemple de réalisation préférentiel de l'invention, la plaque de base forme le fond d'un boîtier pour le montage électronique. Par suite le fond du boîtier évacue la chaleur perdue résultant de l'élément de construction électronique disposé sur sa 26'i7624 face intérieure. Par exemple il peut s'agir d'un appa- reillage de commande réalisé en technique hybride d'un dispositif d'allumage électronique d'un véhicule à mo- teur, dans ce cas la chaleur perdue est transmise par le fond du boîtier concerné à une partie du châssis ou de la carrosserie du véhicule. La dispersion de chaleur est améliorée par le fait que l'élément est disposé dans un évidement du support. Dans un exemple de réalisation préférentiel de l'invention on indique en alternative ou même en supplément, de prévoir un élément de dispersion de chaleur injecté ou inséré, formant une partie du sup- port. Cet élément de dissipation de chaleur se compose principalement de métal ou mais aussi - pour une iso- lation électrique - de nitrure d'aluminium. L'élément de dissipation de chaleur injecté ou inséré dans le support améliore l'évacuation de la chaleur. On crée ainsi un flux de chaleur "canalisé" vers le dissipa- teur thermique (par exemple châssis ou carrosserie). En particulier, il est prévu que l'élément de construction est disposé sur l'élément de dissipa- tion de chaleur du support. L'évacuation de chaleur se produit donc d'une part sur l'élément dissipateur de chaleur injecté ou inséré et d'autre part sur le reste de la zone en matière synthétique du support formant le fond du boîtier. La disposition est réalisée de préférence de façon que l'élément dissipateur de cha- leur constitue par sa face opposée à l'élément de construction électronique une partie de la surface ex- térieure du fond. Par l'élément dissipateur de chaleur encastré dans le fond en matière synthétique du boî- tier, une grande partie de la chaleur perdue peut être évacuée directement vers la surface de montage. Un appui défini du fond de boîtier et de la surface de montage peut être obtenu par le fait que la face extérieure du fond constituée en matériau synthé- tique, voisine de l'élément dissipateur de chaleur est munie d'au moins un évidement formant un appui creux. D'après un développement de l'invention le boîtier comprend un cadre s'appuyant sur le fond, en- tourant le montage électronique. Ce cadre peut de pré- férence être constitué de matière synthétique. Il va de soi que fond et cadre sont réalisés en une seule pièce, de préférence, comme pièce moulée par injec- tion. En raison du matériau synthétique du fond et du cadre, on peut néanmoins aussi réaliser entre eux une jonction par soudage par friction. Une liaison par collage est toutefois aussi possible, car celle-ci - par suite du même coefficient de dilatation du maté- riau synthétique n'est pas essentiellement critique en face de la construction d'avant, dans laquelle matière synthétique et métal devaient être assemblés. L'invention est expliquée plus en détail dans la suite à partir des figures dans lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective coupée d'un boîtier recevant un montage électronique et comportant la fixation dissipatrice de chaleur d'un élément de construction électronique, - la figure 2 est une vue correspondant à la figure 1, un élément dissipateur de chaleur étant in- corporé par injection dans le fond du boîtier, lequel boîtier comporte un cadre réalisé en une seule piece avec le fond, - la figure 3 est une représentation de la figure 2, le fond du boîtier comportant un évidement réalisant un appui creux ainsi qu'un cadre fixé par soudage par friction. Les figures de 1 à 3 montrent des boîtiers 1, dans lesquels sont mis en place des montages élec- troniques 2. Chaque montage électronique 2 comprend au moins un élément de construction électronique 3, qui dégage en marche une quantité de chaleur relativement importante. En ce qui concerne le montage électronique 2 il s'agit d'un appareil de commande d'un dispositif d'allumage électronique pour un véhicule à moteur. Chaque boîtier 1 se compose d'un fond 4, d'un cadre 5 et d'un couvercle 6. Dans les zones laté- rales 7 et 8 du fond 4 sont prévus des perçages tra- versants qui, en alignement, traversent aussi le cadre 5. Les parois des perçages traversants sont de préfé- rence garnis intérieurement de manchons 9'. Les perça- ges traversants 9 ou les manchons 9' servent à rece- voir des vis de fixation (non représentées). Le boî- tier 1 est de préférence fixé à une surface de fixa- tion, par exemple le châssis ou la carrosserie d'un véhicule à moteur, de façon à créer un contact de sur- face le plus grand possible pour favoriser la dissipa- tion de chaleur. Le fond 4 du boîtier 1 forme une plaque de base 11 pour le montage électronique 2, c'est-à-dire qu'elle constitue le substrat de ce circuit imprimé. S'il s'agit d'un montage en couche épaisse ce circuit imprimé, comme représenté aux figures de 1 à 3, est directement disposé sur la face intérieure 12 de la plaque de base 11. En outre la face intérieure 12 pré- sente un évidement 13, dans lequel est placé l'élément de construction électronique 3 (par exemple un trans- istor de puissance). De préférence le jeu 14 entre l'élément de construction électronique 3 et les parois de l'évidement 13 est rempli par une pâte conductrice de la chaleur. Le fond 4 du boîtier 1 est constitué de ma- tière synthétique, de sorte que la chaleur dégagée par l'élément de construction électronique 3 est, sans montage intermédiaire de pièces métalliques rappor- tées, conduite directement par le fond 4 à la surface de fixation non représentée (figure 1). La plaque de base 11 forme ainsi un support 15 en matière synthéti- que pour l'élément de construction électronique 3. La face intérieure 12 du fond 4 comprend dans les zones latérales 7 et 8 respectivement un épaulement 16 qui sert au guidage du cadre 5 réalisé également à l'aide de matière synthétique. De préfé- rence le fond 4 et le cadre 5 sont fixés l'un contre l'autre par soudage par friction (figures i et 3). Le cadre 5 comprend des rainures 17, dans lesquelles s'insèrent les bords latéraux du couvercle 6. Pour au- tant que le couvercle 6 soit fabriqué également en ma- tière synthétique, sa fixation sur le cadre 5 peut également se faire par soudage par friction. L'exemple de réalisation de la figure 2 dif- fère de la disposition de la figure 1 en ce que le fond 4 et le cadre 5 sont produits en une seule pièce par un procédé d'injection d'une matière synthétique. En outre on a prévu dans la zone de l'élément de cons- truction électronique 3 un élément dissipateur de cha- leur 18. Celui-ci est réalisé en métal ou en nitrure d'aluminium et est logé ou inséré dans le fond 4 ou bien il est encastré par injection pendant la réalisa- tion de la pièce de fond 4 en matière synthétique constituant les pièces de fond 4. L'élément dissipateur de chaleur de la figu- re 2 est réalisé en profil plein. Il possède un corps de base de forme rectangulaire 19, des côtés 20 et 21 duquel dépassent des prolongements 22 monoblocs avec lui, réalisés à la façon d'ailettes, et ayant une épaisseur plus faible que le corps de base 19. Par son côté 23 opposé à l'élément de construction électroni- que 3, l'élément dissipateur de chaleur est aligné avec la face extérieure 10 du reste de la zone de fond 4. L'évidement 13 de la face intérieure 12 de la pla- que de base 11 constituant le fond 4, est réalisé de façon que sa base soit formée par le côté 24 de l'élé- ment dissipateur de chaleur 18 situé à l'opposé du côté 23. En conséquence l'élément de construction électronique 3 est en contact direct avec l'élément dissipateur de chaleur 18. La chaleur à dissiper est donc évacuée essentiellement par l'élément dissipateur de chaleur 18 et dirigée vers la surface de fixation non représentée, supportant le boîtier 1. La figure 3 montre une autre variante, dans laquelle la face extérieure 10 du fond 4, réalisée en matière synthétique, est munie au voisinage de l'élé- ment dissipateur de chaleur 18, d'un évidement 25. Par cet évidement 25 on constitue un espace creux entre le fond 4 et la surface de fixation, non représentée, supportant le boîtier'l, de sorte que l'élément dissi- pateur de chaleur 18 par son côté 23 garde un appui bien défini et par conséquent il en résulte une éva- cuation de chaleur effective et rationnelle. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, le fond 4 et cadre 5 sont réalisés comme pièces sé- parées. Il est évidemment possible aussi de prévoir une version monobloc, comme suivant la figure 2. Des figures 2 et 3 il ressort que la largeur de l'évidement 13 est plus petit que la largeur du corps de base 19 de l'élément dissipateur de chaleur 18. Par suite le fond 4 forme dans la zone de sa face intérieure 12 des ailettes en forme de bordure 26. En conséquence le montage électronique 2 peut atteindre les bords de l'évidement 13 et cependant un élément dissipateur de chaleur 18, à grande surface de section transversale, peut être installé, de sorte que sur l'espace très étroit une très bonne évacuation de la chaleur est assurée. Les prolongements 22 des éléments dissipateurs de chaleur 18 d'une part augmentent la surface, ce qui contribue positivement à l'évacuation de chaleur, et d'autre part empêchent l'élément dissi- pateur de chaleur 18 de sortir durant le mouvement du boîtier non encore assemblé. L'invention rend possible une réalisation simple et de coût intéressant avec une très bonne éva- cuation de chaleur. Si dans le fond du boîtier 1 des éléments dissipateur de chaleur insérés ou encastrés par injection sont utilisés, un flux de chaleur cana- lisé est envoyé au dissipateur thermique (surface de fixation). Une solution surtout favorable résulte du fait que sur la surface intérieure 12 du fond 4 cons- titué de matériau synthétique, est appliqué directe- ment le montage électronique, de préférence monté eh c:che épaisse, de sorte que la plaque de base 11, d'une part évacue la chaleur dégagée par l'élément de construction électronique 3 et d'autre part en supplé- ment sert de substrat de couche épaisse. Ainsi donc les fonctions nommées sont prises en charge par une paroi du boîtier 1. R E V E N D I CATIONS 1) Attache dissipatrice de chaleur d'au moins un élément de construction électronique ou sem- blable, en particulier d'un montage hybride ou sembla- ble avec un support pour recevoir l'élément de cons- truction électronique, caractérisée en ce que le sup- port (15) est réalisé en matériau synthétique. 2) Attache selon la revendication 1, carac- térisée, en ce que le support (15) est en matériau synthétique à conductibilité thermique élevée. 3) Attache selon l'une ou l'autre des reven- dications 1 et 2, caractérisée en ce que le support (15) forme une plaque de base (11) d'un montage élec- tronique (2), en particulier d'un montage hybride. 4) Attache selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisée en ce qu'un montage électronique (2) réalisé en couche épaisse, est dispo- sé sur la face intérieure (12) de la plaque de base (11). 5) Attache selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisée en ce que la plaque de base (11) constitue le fond (4) d'un boîtier (1) pour le montage électronique (2). 6) Attache selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisée en ce que l'élément de construction électronique (3) est placé dans un évide- ment (13) du support (15). 7) Attache selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisée par au moins un élément dissipateur de chaleur (18) encastré par injection ou inséré et constituant une partie du support (15). 8) Attache selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisée en ce que l'élément dis- sipateur de chaleur (18) est en métal. 9) Attache selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisée en ce que l'élément dis- sipateur de chaleur (18) est en nitrure d'aluminium. ) Attache selon une quelconque des reven- dications 1 à 9 et particulièrement selon la revendi- cation 6, caractérisée en ce que l'élément de cons- truction électronique (3) est placé sur l'élément dis- sipateur de chaleur (18) du support (15). 11) Attache selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'élément dissipateur de chaleur (18) constitue, avec sa face (23) opposée à l'élément de construction électronique (3), une partie de la surface extérieure (10) du fond (4). 12) Attache selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 11, caractérisée en ce que la face extérieure (10) du fond (4) réalisée en matériau syn- thétique, est située au voisinage de l'élément dissi- pateur de chaleur (18) et est pourvue d'au moins un évidement formant un appui creux. 13) Attache selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 12, caractérisée en ce que le boîtier (1) comprend un cadre (5) s'appuyant sur le fond (4) et entourant le montage électronique (2). 14) Attache selon la revendications 13, ca- ractérisée en ce que le cadre (5) est en matériau syn- thétique. ) Attache selon l'une quelconque des re- vendications 13 et 14, caractérisée en ce que le fond (4) et le cadre (5) sont réalisés en une seule pièce. 16) Attache selon l'une quelconque des re- vendications 13 à 15, caractérisée en ce que le fond (4) et le cadre (5) sont fixés l'un à l'autre par soudage par friction.