Brevet FR3010489A1 — publié le 20150313

- 1 - DISSIPATEUR THERMIQUE ET MODULE D'ECLAIRAGE A LED Domaine technique : La présente invention est relative au domaine des dissipateurs thermiques et plus 5 particulièrement ceux mis en oeuvre dans des modules d'éclairage à diodes électroluminescentes aptes à générer un faisceau lumineux. Technique antérieure : Les véhicules automobiles sont classiquement équipés de dispositifs d'éclairage 10 et/ou de signalisation. Ces dispositifs mettent en oeuvre au moins une source lumineuse qui jusqu'à récemment était réalisée au moyen d'une lampe à incandescence ou à décharge. Une nouvelle technologie de source lumineuse tend à remplacer ces lampes à 15 incandescence ou à décharge : il s'agit des diodes électroluminescentes. Dans le présent texte, le terme de diode électroluminescente désigne des composants opto-électroniques à base de matériaux semi-conducteurs, non seulement ceux couramment désignées sous l'acronyme LED (pour Light Emitting Diode en anglais) mais aussi les diodes laser, qui émettent un rayonnement laser. Ces diodes électroluminescentes sont en mesure de 20 fournir une performance lumineuse suffisante pour des fonctions de signalisation et d'éclairage et présentent l'avantage d'être de taille réduite. Par exemple, les diodes électroluminescentes sont massivement utilisées pour réaliser les feux de signalisation diurne et commencent à intégrer les fonctions d'éclairage. Ces diodes électroluminescentes employées comme source de lumière présentent également 25 l'avantage de réduire la consommation électrique comparé à une même fonction optique réalisée par une lampe à incandescence. On comprend donc de ce qui précède les raisons pour lesquelles les constructeurs de véhicule automobile sont demandeurs de cette nouvelle technologie. 30 Ces diodes électroluminescentes dégagent des calories dont il est nécessaire d'assurer la dissipation pour garantir le bon fonctionnement et la durée de vie de ce type de source de lumière. En effet, les diodes électroluminescentes sont des composants électroniques sensibles à la température : au-delà d'un seuil de température, dit seuil de - 2 - jonction maximale, (généralement dans une plage de 120 à 150°C), leur fiabilité et leurs performances vont décroitre fortement. Il est donc indispensable d'assurer leur maintien en température sous une valeur de sécurité inférieure à la température de jonction maximale. Pour ce faire, il est connu de rapprocher ces diodes électroluminescentes d'un dissipateur thermique, l'ensemble étant installé dans un dispositif d'éclairage et/ou de signalisation. Or les diodes sont montées sur une carte de circuit imprimé, couramment appelée PCB, acronyme de Printed Circuit Board en anglais. Dans le cas d'un PCB multicouches, habituellement réalisés en composite de résine epoxy renforcé de fibre de verre (matériau usuellement désigné sous l'appellation FR-4), il est nécessaire d'isoler électriquement le PCB du dissipateur afin d'éviter que ce dernier ne conduise l'électricité alimentant le PCB et génère de ce fait des interférences ou des courts-circuits. Dans le cas où le PCB est monocouche, notamment un substrat métallique isolé (usuellement désigné sous l'acronyme SMI), il n'est pas nécessaire d'apporter une isolation électrique supplémentaire. Dans les deux configurations, il est toutefois indispensable d'améliorer la conductivité thermique entre les diodes, le PCB et le dissipateur, en supprimant toute couche d'air entre les deux éléments, afin d'assurer une évacuation optimale des calories émises par les diodes électroluminescentes. A cette fin, on intercale un matériau thermiquement conducteur et électriquement isolant le cas échéant, qui réalise un pont thermique entre les sources de chaleur situées sur le PCB et le dissipateur. Une première variante consiste à coller une feuille en matériau thermiquement conducteur, également dénommé pad thermique. Cette solution est toutefois difficile à réaliser par manipulation robotique, et induit un nombre élevé de références de pad prédécoupés, adaptées chacune à une dimension et une forme donnée de dissipateur. Une seconde variante, préférée au plan industriel, consiste à déposer à la surface du dissipateur avant d'y positionner le PCB un matériau thermiquement conducteur, visqueux lors de sa dépose, du type pâte thermique. Cette pâte thermique peut, après la dépose, rester à l'état visqueux, comme par exemple une graisse thermique, ou réticuler, comme - 3 - une colle thermique - qui va faire adhérer les deux surfaces entre elles - ou encore un mastic, également dénommé « gap filler » en anglais - qui va réticuler sans procurer d'adhésion particulière. Cette seconde variante présente toutefois un risque de débordement et d'étalement du matériau visqueux au-delà de la surface du dissipateur en cas de mauvais positionnement d'un point de dépose ou d'erreur ou variation dans la quantité déposée. Un tel débordement peut s'avérer critique en cas de contamination de surfaces optiques ou de style (donc visibles) d'un dispositif d'éclairage et/ou de signalisation. Résumé de l'invention : La présente invention a donc pour but d'obvier aux inconvénients de l'art antérieur en apportant une solution réduisant les risques de débordement tout en conservant une bonne tolérance au procédé par rapport aux erreurs de dosage et de positionnement de la dépose d'un matériau visqueux thermiquement conducteur. A cet égard, l'invention a pour objet un dissipateur thermique destiné à être associé à une carte de circuit imprimé qui porte des sources d'émission de chaleur de type diodes électroluminescentes, ledit dissipateur thermique comportant une face d'absorption et une face d'émission de la chaleur émise, remarquable en ce que la face d'absorption est munie d'au moins une zone de dépose d'un matériau thermiquement conducteur visqueux lors de sa dépose, chaque zone de dépose étant délimitée par une gorge périphérique. L'invention a également pour objet un module d'éclairage comportant une carte de circuit imprimé munie de diodes électroluminescentes et associée à un tel dissipateur. On comprend bien que la gorge périphérique autour de chaque zone de dépose permet d'éviter un débordement du matériau thermiquement conducteur visqueux en- dehors de la surface du dissipateur, en recueillant les éventuels excès de matériau visqueux. Par visqueux, on entend dans la présente description des matériaux dont la viscosité à 25°C est supérieure à 10 Pa.s et inférieure 3000 Pa.s. De préférence, les matériaux thermiquement conducteurs mis en oeuvre dans l'invention, qui sont à l'état visqueux lors de leur dépose ou de leur application, ont alors une viscosité comprise entre 30 et 500 Pa.s, bornes incluses. -4 Descriptif des figures : D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique et en perspective du dessus d'un dissipateur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe transversale selon l'axe II-II' de la figure 1 d'un module d'éclairage comprenant un dissipateur selon l'invention. Description détaillée de l'invention : En référence à la figure 1, le dissipateur thermique 1 comporte une face d'absorption 3 et une face d'émission 5 de la chaleur émise par les sources de chaleur auxquelles est associé le dissipateur. Ce dissipateur est notamment destiné à être associé à une carte de circuit imprimé qui porte des sources d'émission de chaleur. Selon l'invention, la face d'absorption 3 est munie d'au moins une zone de dépose 7,7' d'un matériau thermiquement conducteur 8 visqueux lors de sa dépose, chaque zone de dépose 7,7' étant délimitée par une gorge périphérique 9,9'. Dans l'exemple illustré, on a représenté deux zones de dépose. En pratique, le 20 dissipateur thermique 1 comportera un nombre de zone de dépose en adéquation avec le nombre de sources d'émission de chaleur avec lesquelles il sera associé. De manière avantageuse, la gorge périphérique 9,9' est circulaire. En effet, cette forme correspond de façon optimale à celle de l'étalement d'une goutte de matériau 25 thermiquement conducteur visqueux (pâte thermique) sous l'effet d'un écrasement : si la dépose est correctement centrée sur le centre de la zone de dépose, le matériau atteindra de manière homogène la bordure de la gorge. Selon une autre caractéristique avantageuse, la gorge périphérique 9,9' est évasée 30 de son fond vers son sommet. Cela permet d'améliorer le recueillement par la gorge d'un éventuel débordement de pâte thermique en dehors de la zone de dépose. La gorge périphérique pourra par exemple présenter une section en V ou trapézoidale, symétrique - 5 - ou asymétrique, avec des inclinaisons des parois latérales identiques ou différentes en valeur absolue. Par exemple, la paroi proximale au contact de la zone de dépose 7,7' pourra être orientée perpendiculairement par rapport à la face d'émission 5, tandis que la paroi distale sera inclinée de 60°. La section de la gorge périphérique pourra également être en U ou en U droit avec des parois latérales parallèles, sans sortir du cadre de la présente invention. Avantageusement, la face d'absorption 3 comporte au moins une butée d'écartement (non représentée) issue perpendiculairement de sa surface : on assure ainsi une distance minimale et une épaisseur minimale de pâte thermique entre le dissipateur et la pièce supportant des sources de chaleur qui doit lui être associée, notamment une carte de circuit imprimé, ce qui permet de répondre aux contraintes d'isolation électrique. De plus, la face d'absorption 3 peut comporter des moyens de guidage pour assurer le positionnement la pièce supportant des sources de chaleur qui doit lui être associée, notamment une carte de circuit imprimé 4, sur la face d'absorption 3. Ces moyens non représentés peuvent consister en des broches de guidage issues perpendiculairement de la face d'absorption ou encore des butées latérales, orientées perpendiculairement à la face d'absorption et positionnées en bordure de celle-ci. Ces broches et butées latérales coopèrent avantageusement avec des trous ou des découpes situées sur la carte de circuit imprimé. Enfin, de façon usuelle, la face d'émission 5 de la chaleur est munie d'ailettes 55. En référence à la figure 2, l'invention à également pour objet un module d'éclairage 2 à diodes électroluminescentes 6,6' comportant une carte de circuit imprimé 4 sur laquelle est positionnée au moins une diode électroluminescente 6,6' et un dissipateur thermique 1 selon l'invention couplé à ladite carte de circuit imprimé 4. A chaque diode électroluminescente 6,6' correspond une zone de dépose 7,7 d'un matériau thermiquement conducteur 8 visqueux lors de sa dépose, une dose prédéfinie dudit matériau thermiquement conducteur 8 visqueux étant positionnée sur chaque zone de dépose 7,7' entre le dissipateur thermique 1 et la carte de circuit imprimé 4. On a représenté deux situations différentes de dépose à la figure 2 : dans le cas - 6 - d'une première zone, référencée 7, le matériau thermiquement conducteur 8 a été déposé de manière centrée et s'est étalé sans déborder dans la gorge périphérique 9 ; dans le cas de la seconde zone, référencée 7', la dépose a été effectuée avec un décentrage. Une partie du matériau thermiquement conducteur 8 a donc débordé au-delà de la surface de la zone de dépose et a été recueillie par la gorge périphérique 9'. On comprend bien que le dimensionnement des zones de dépose 7,7' est réalisé en fonction de la surface des sources d'émission de chaleur, de la quantité de chaleur à évacuer et de la conduction thermique des matériaux thermiquement conducteur employés, et donc du volume prédéfini de pâte thermique à appliquer. Ces contraintes sont bien connues de l'homme de l'Art qui saura déterminer ces paramètres. Habituellement, la surface de la zone de dépose varie entre 1 et 5 cm2. Selon une dernière caractéristique avantageuse, le volume de la gorge périphérique 9,9' est au minimum de la moitié du volume de la dose prédéfinie du matériau 15 thermiquement conducteur 8 visqueux. REVENDICATIONS1. Dissipateur thermique (1) destiné à être associé à une carte de circuit imprimé (4) qui porte des sources d'émission de chaleur de type diodes électroluminescentes (6,6'), ledit dissipateur thermique (1) comportant une face d'absorption (3) et une face d'émission (5) de la chaleur émise caractérisé en ce que la face d'absorption (3) est munie d'au moins une zone de dépose (7,7') d'un matériau thermiquement conducteur (8) visqueux lors de sa dépose, chaque zone de dépose (7,7') étant délimitée par une gorge périphérique (9,9'). 2. Dissipateur thermique (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce que la face d'absorption (3) comporte au moins une butée d'écartement issue perpendiculairement de sa surface. 3. Dissipateur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la face d'absorption (3) comporte des moyens de guidage pour assurer le positionnement de la carte de circuit imprimé (4) sur la face d'absorption (3). 4. Dissipateur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite gorge périphérique (9,9') est circulaire. 5. Dissipateur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite gorge périphérique (9,9') est évasée de son fond vers son sommet. 6. Module d'éclairage (2) à diodes électroluminescentes (6,6') comportant une carte de circuit imprimé (4) sur laquelle est positionnée au moins une diode électroluminescente (6,6') et un dissipateur thermique (1) couplé à ladite carte de circuit imprimé (4) caractérisé en ce que le dissipateur thermique (1) est conformé selon l'une quelconque des revendications précédentes et en ce qu'à chaque diode électroluminescente (6,6') correspond une zone de dépose (7,7') d'un matériau thermiquement conducteur (8) visqueux lors de sa dépose, une dose prédéfinie- 8 - dudit matériau thermiquement conducteur (8) visqueux étant positionnée sur chaque zone de dépose (7,7') entre le dissipateur thermique (1) et la carte de circuit imprimé (4).. 7. Module d'éclairage (2) selon la revendication précédente caractérisé en ce que le volume de la gorge périphérique (9,9') est au minimum de la moitié du volume de la dose prédéfinie du matériau thermiquement conducteur (8) visqueux.